Ultrafialová katastrofa - Ultraviolet catastrophe
Tento článek obsahuje seznam obecných Reference, ale zůstává z velké části neověřený, protože postrádá dostatečné odpovídající vložené citace.Duben 2016) (Zjistěte, jak a kdy odstranit tuto zprávu šablony) ( |
The ultrafialová katastrofa, také nazývaný Rayleigh – Jeansova katastrofa, byla předpověď z konce 19. století / počátku 20. století klasická fyzika to je ideální černé tělo na tepelná rovnováha bude vydávat záření ve všech frekvenčních rozsazích, s rostoucí frekvencí emitující více energie. Výpočtem celkového množství vyzařované energie (tj. Součtu emisí ve všech frekvenčních rozsazích) lze ukázat, že černé těleso pravděpodobně uvolní libovolně vysoké množství energie. To by způsobilo, že veškerá hmota okamžitě vyzařuje veškerou svou energii, dokud nebude blízko absolutní nuly - což naznačuje, že je zapotřebí nový model chování černých těles.
Termín „ultrafialová katastrofa“ poprvé použil v roce 1911 Paul Ehrenfest, ale koncept vznikl statistickým odvozením 1900 Rayleigh – Jeansův zákon. Fráze odkazuje na skutečnost, že Rayleigh-Jeansův zákon přesně předpovídá experimentální výsledky při radiačních frekvencích pod 105 GHz, ale začíná se rozcházet s empirickými pozorováními, jak tyto frekvence dosahují ultrafialový oblast elektromagnetické spektrum.[1] Od prvního výskytu termínu se také používá pro jiné předpovědi podobné povahy, jako v kvantová elektrodynamika a takové případy jako ultrafialová divergence.
Problém
Ultrafialová katastrofa je výsledkem teorém ekvipartice klasické statistická mechanika který uvádí, že vše harmonický oscilátor režimy (stupně volnosti) systému v rovnováze mají průměrnou energii .
Příklad od Masona Historie věd,[2] ilustruje multirežimové vibrace pomocí provázku. Jako přírodní vibrátor, řetězec bude oscilovat s specifické režimy (stojaté vlny struny v harmonické rezonanci), v závislosti na délce struny. V klasické fyzice bude zářič energie fungovat jako přirozený vibrátor. A protože každý režim bude mít stejnou energii, většina energie v přirozeném vibrátoru bude v menších vlnových délkách a vyšších frekvencích, kde je většina režimů.
Podle klasického elektromagnetismu je počet elektromagnetických režimů v trojrozměrné dutině na jednotkovou frekvenci úměrný druhé mocnině frekvence. To tedy znamená, že vyzařovaný výkon na jednotkovou frekvenci by měl být úměrný čtverci frekvence. Jak výkon na dané frekvenci, tak celkový vyzařovaný výkon jsou tedy neomezené, protože se uvažuje o vyšších a vyšších frekvencích: je to zjevně nefyzické, protože celková vyzařovaná síla dutiny není pozorována jako nekonečná, což je bod, který vytvořil Einstein a tím Lord Rayleigh a pane James Jeans v roce 1905.
Řešení
V roce 1900 Max Planck odvodil správný tvar funkce spektrálního rozdělení intenzity vytvořením zvláštních (pro čas) předpokladů. Planck zejména předpokládal, že elektromagnetické záření může být emitováno nebo absorbováno pouze v samostatných paketech zvaných kvantá energie: , kde h je Planckova konstanta. Planckovy předpoklady vedly ke správné formě spektrálních distribučních funkcí: . Albert Einstein (v roce 1905) a Satyendra Nath Bose (v roce 1924) vyřešil problém postulováním, že Planckovy kvanty byly skutečné fyzické částice - to, co nyní nazýváme fotony, nejen matematická fikce. Upravili statistická mechanika ve stylu Boltzmann k souboru fotonů. Einsteinův foton měl energii úměrnou jeho frekvenci a také vysvětlil nepublikovaný zákon Stokes a fotoelektrický efekt.[3] Tento zveřejněný postulát byl konkrétně citován Nobelova cena za fyziku výbor při rozhodování o udělení cena za rok 1921 Einsteinovi.[4]
Viz také
Reference
- ^ McQuarrie, Donald A .; Simon, John D. (1997). Fyzikální chemie: molekulární přístup (rev. ed.). Sausalito, Kalifornie: Univ. Vědecké knihy. ISBN 978-0-935702-99-6.
- ^ Mason, Stephen F. (1962). Historie věd. Collier Books. str.550.
- ^ Kámen, A. Douglas (2013). Einstein a kvantum. Princeton University Press.
- ^ „Nobelova cena za fyziku: 1921“. Nobelprize.org. Nobel Media AB. 2017. Citováno 13. prosince 2017.
Za zásluhy o teoretickou fyziku a zejména za objev zákona o fotoelektrickém jevu.
Další čtení
- Kroemer, Herbert; Kittel, Charles (1980). „Kapitola 4“. Tepelná fyzika (2. vyd.). Společnost W. H. Freemana. ISBN 0-7167-1088-9.
- Cohen-Tannoudji, Claude; Diu, Bernard; Laloë; Franck (1977). Kvantová mechanika: První díl. Hermann, Paříž. str. 624–626. ISBN 0-471-16433-X.