解密暗物质共有400集,此为第230集。
1893年,威廉·维恩提出一个数学公式。这种公式在光谱的短波部分使测定值与计算值完全相一致,然而用在中波和长波部分却无效。
1900年,英国物理学家为长波找到了一个规律。瑞利根据经典统计力学和电磁理论,推导出黑体辐射的能量分布公式,这个数学式子适用于长波,在短波部分却是无穷值,可相反的是,实验结果是零。
这个反差强烈的严重问题,被称为“紫外灾难”,因为紫外线是长波、中波与短波的分界波。
为了研究不依赖于物质具体物性的热辐射规律,物理学家们定义了一种理想物体——黑体。所谓黑体是指入射的电磁波全部被吸收,既没有反射,也没有透射。理想黑体可以吸收所有照射到它表面的电磁辐射,并将这些辐射转化为热辐射,其光谱特征仅与该黑体的温度有关,与黑体的材质无关。
根据斯蒂芬-玻尔兹曼定律,黑体辐射的总辐射功率与其绝对温度的四次方成正比。这意味着黑体的辐射强度随着温度的增加而迅速增大。
普朗克的能量量子化假说的提出比爱因斯坦为解释光电效应而提出的光子概念还要至少早五年。然而普朗克并没有像爱因斯坦那样假设电磁波本身即具有分立能量的量子化的波束,他认为这种量子化只不过是对于处在封闭区域所形成的腔内的微小带电振子而言的,而这种束缚态必然导出量子化。普朗克没能为这一量子化假设给出更多的物理解释,他只是相信这是一种数学上的推导手段,从而能够使理论和经验上的实验数据在全波段范围内符合。
总之,黑体辐射明确能量是一份一份的,体现微观粒子相互作用与宏观传递电磁波的统一;也应该体现经典场论与量子场论的统一。粒子虽然具有高度的离散性,但粒子都具有对称性破缺特性,都具有恢复对称性的势,因此粒子间能够不断相互作用诱导振荡。不断相互诱导振荡作用是一次一次的,然而每次诱导振荡过程在时间上表现出连续性。另外,任何粒子都能与环境粒子相互诱导振荡,在空间上表现出连续性。这种相互诱导振荡在微观层面表现为粒子相互作用;在宏观层面上表现为此起彼伏的连续电磁波。电磁波使具有高度离散性的粒子之间的作用表现出高度的连续性。量子场论主要关注粒子间的相互震荡作用,主要研究场的本源;而经典场论主要关注电磁波的传递过程,主要研究场的现象。黑体辐射的发现,能够统一电磁场现象和本源。
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