فاجعه‌ فرابنفش

ماکسول (1879-1831) نور را به صورت یک موج الکترومغناطیس در نظر گرفته بود. از اینرو ، همه فکر می‌کردند نور یک پدیده‌ موجی است و ایده‌ «مولکول نور» ، در اواخر قرن نوزدهم ، یک لطیفه‌ اینترنتی یا SMS کاملاً بامزه و خلاقانه محسوب می‌شد. به هر حال ، دست سرنوشت یک علامت سؤال ناجور هم برای ماهیت موجی نور در آستین داشت که به «فاجعه‌ فرابنفش» مشهور شد. یک محفظه‌ی بسته و تخلیه ‌شده را که روزنه‌ کوچکی در دیواره‌ آن وجود دارد، در کوره‌ای با دمای یکنواخت قرار دهید و آنقدر صبر کنید تا آنکه تمام اجزاء به دمای یکسان (تعادل گرمایی) برسند. در دمای به اندازه‌ کافی بالا ، نور مرئی از روزنه‌ محفظه خارج می‌شود (مثل سرخ و سفید شدن آهن گداخته در آتش آهنگری).

جسم سیاه

نمودار انرژی تابشی در واحد حجم محفظه ، برحسب رابطه رایلی- جینز در فیزیک کلاسیک و رابطه پیشنهادی پلانک در تعادل گرمایی ، این محفظه دارای انرژی تابشی‌ است که آن را در تعادل تابشی ـ گرمایی با دیواره‌ها نگه می‌دارد. به چنین محفظه‌ای «جسم سیاه» می‌گوییم. یعنی اگر روزنه به اندازه‌ی کافی کوچک باشد و پرتو نوری وارد محفظه شود، گیر می‌افتد و نمی‌تواند بیرون بیاید. فرض کنید میزان انرژی تابشی در واحد حجمِ محفظه (یا چگالی انرژی تابشی) در هر لحظه U باشد.

چه کسری از این انرژی تابشی که به شکل امواج نوری است، طول موجی بین 546 (طول موج نور زرد) تا 578 نانومتر (طول موج نور سبز) دارند؟ جواب فیزیک کلاسیک به این سؤال برای بعضی از طول موجها بسیار بزرگ است! یعنی در یک محفظه‌ی روزنه دار که حتماً انرژی محدودی وجود دارد، مقدار انرژی در برخی طول موجها به سمت بی نهایت می‌رود. این حالت برای طول موجهای فرابنفش شدیدتر هم می‌شود.