(一)黑体辐射理论
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实验物理学家研究了作为温度函数的“黑体”辐射的光谱分布。理论物理学家则寻求给观察到的分布定律以一个理论公式。经过许多努力,德国物理学家维恩(W.Wien,1864-1928导出了一个在高频段与实验相符合的公式——维恩公式。后来,德国的瑞利(J.W.S.Rayleigh,
1842-1919) 金斯(J.H.Jeans,1877-1946)根据经典电动力学和统计物理学中的“能量均分原理”又得到一个在低频段与实验相符的,公式——瑞利—金斯公式。而这两个公式在紫外线这一端出现了完全不符合实验的荒谬结论,即物理学晴朗天空中漂流的另一朵乌云——“紫外灾难”。
1900年,德国长期从事热力学研究的物理学家普朗克(M.K.E.L.Planck,1858-1947)通过揣测和凑合实验数据的办法,得到了一个在高频段和低频段都与实验相符合的黑体辐射公式。为了给他的公式找到一个理论根据,他大胆地提出了一个违背经典理论的假设——能量子假设。假定电磁场和物质交换能量是以间断的形式(能量子)实现的,能量子的大小同辐射频率成正比,即:є=hγ(h为普朗常量,hγ称为频率为۷的能量子),成功地解释了黑体辐射。
根据这一假设,再运用经典的统计理论和电磁理论,便导出普朗克黑体辐射公式: