经典物理学在解释黑体辐射时遇到了什么困难(近代物理实验黑体辐射)

导语：20世纪初物理学两朵乌云之一，黑体辐射问题

19世纪，冶金工业中高温测量技术及天文学等方面的需要，推动了对热辐射的研究。

基尔霍夫热辐射定律（辐射吸收与发射率之比）：在同样的温度下，各种不同物体对相同波长的单色辐射出射度与单色吸收比之比值都相等。斯特潘-玻尔兹曼定律：黑体辐射本领（黑体单位表面积发出的辐射功率）与热力学温度T的四次方成正比（M=σΤ^4）等理论相继被提出。

德国物理学家 古斯塔夫·罗伯特·基尔霍夫

到19世纪末，已认识到热辐射与光辐射都是电磁波，开始研究辐射能量在不同频率范围中的分布问题，特别对黑体辐射进行了较为深入的理论和实验研究。

本生与基尔霍夫制造的光谱仪

黑体是指能够在任何温度下将辐射到它表面上的任何波长的能量全部吸收的一种物体。绝对黑体的吸收率和发射率均为1。一般物体受到辐射时，对辐射能量总是有吸收、有反射。吸收部分占总能量的份额称为吸收率，其值在0-1之间。黑颜色的物体吸收能力大于白颜色的物体，吸收系数也比较大。如果吸收系数为1，表示全部能量都被吸收而没有反射。具有这种能力的物体称为绝对黑体。

黑体近似模型

物体既能吸收外界辐射，也会向外界发出辐射，即热辐射，是物体由于具有温度而辐射电磁波的现象。是一种物体用电磁辐射的形式把热能向外散发的热传方式。发射率是指物体表面单位面积上辐射出的辐通量与同温度下黑体辐射出的辐通量的比值。黑体的发射率为1，其物理意义是：黑体不但是吸收辐射能力最强的，同样也是辐射能力最强的。 黑体辐射能量大小可以根据斯特藩—玻耳兹曼定律计算。

当完全黑体吸收与辐射达到平衡时，辐射能量密度M(λ)随波长λ的变化如下图所示

W.Wien 从热力学普遍理论得到了半经验公式（Wien公式），与此同时，J.W.Rayleigh与J.H.Jeans根据经典电动力学和统计物理，得到了一个黑体辐射公式，即Rayleigh-Jeans公式，公式具体形式不在此呈现，其函数曲线在上图中可看出，在长波波段，Wien公式与实验有明显偏离，而Rayleigh-Jeans公式，在长波波段符合的很好，但在v→∞时，E(v)→∞,是发散的，与实验明显不符，甚至是荒谬的，发散的谱分布预示着经典物理将面临一场“紫外灾难”。

Wien的半经验公式与实验不完全符合是可以理解的，Rayleigh-Jeans公式则是按照经典统计物理学和经典电磁场理论推导出来的。然而它在短波部分与实验结果出现了极端尖锐的矛盾，给物理学带来了极大的困惑。事实上，Rayleigh-Jeans公式作为一个“悖论”颠覆了经典物理学的普适性，这正是其意义所在。

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