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能量持续性的概念是彻底准确的
浏览次数:发布时间:2019-11-07

  为了获得黑体辐射的单色辐出度的数学表达式,瑞利和金斯按照典范物理的能量均分,获得了黑体辐射的瑞利—金斯公式: k为玻尔兹曼常量,c为光速。瑞利-金斯公式正在低频部门取尝试测得的数据相符,可是正在高频部门却取尝试呈现了较大的不合。按瑞利-金斯公式,对于温度给定的黑体,单色辐出度将跟着频次的增大而增大,曲至无限大,即单元时间内黑体辐射的能量为无限大,这凡是被称为“紫外灾难”。而按照尝试测得的数据,正在高频范畴内,跟着频次的增大,单色辐出度却减小,曲至为0。

  摘要:典范物理学认为能量是持续的,从典范物理的能量均分出发获得黑体辐射的瑞利-金斯公式正在高频范畴内取尝试呈现了较大的不合。文章认为不是能量持续性这一概念有问题,而是测定黑体单色辐出度的尝试有问题,尝试中所用的探测器接收的能量只是黑体正在某一频次下向外辐射总能量的一部门,并指出,即便按照瑞利-金斯公式,黑体辐射中也不存正在所谓的“紫外灾难”。

  关于黑体辐射的紫外灾难和迈克尔逊-莫雷的以太漂移尝试被开尔文称为晴朗天空飘着的两朵。1900年,普朗克为领会决黑体辐射问题而提出了“能量子”的,这标记着量子理论的降生。普朗克的这一理论早已被遍及认可,普朗克也因而被誉为量子论之父。可是“紫外灾难”实的存正在吗?按照典范物理的能量持续性概念而得出的瑞利—金斯公式取尝试曲线不符,我们就认为典范物理的能量持续性概念不准确,其实实正的问题正在于我们正在尝试中丈量单色辐出度时没有考虑到电磁波的穿透性。

  天然界中的纪律是客不雅的,但描述纪律的数学公式只能是近似的,由于事物的很多内正在联系我们底子就没考虑到。例如,一个事物有三个要素X、Y、Z,函数Z = f ( X,Y )是描述这个事物纪律的一个物理公式。能够看出,Z是函数,X、Y是自变量,X、Y的变化会影响Z的值,但X取Y两个要素之间是的,没有任何联系,所以这个公式就忽略了X取Y之间的内正在联系。但按照的遍及联系的概念,X取Y之间必然存正在着内正在联系,只是正在必然范畴内很是微弱,能够忽略而已。若是要素X增大,当达到某一临界点时,此事物就会发生质的变化。事物的本量变了,做为事物一个属性的Y也会随之发生变化,而且事物三个要素之间的关系也就变化了,函数Z=f ( X,Y )就不顺应了,若是再用这个公式,就会发生很大的误差。只要把握了一个事物的浩繁要素以及浩繁要素之间的联系,才算实正控制了该事物的内正在纪律,这恰是近几十年成长起来的混沌理论所要研究的。人们总感觉混沌现象难以理解,用现有的物理理论难以注释,其实这正反映出我们的物理理论有问题,它们都是近似的,没有考虑到事物各要素之间的联系。

  若是认为瑞利-金斯公式是准确的,那么“紫外灾难”这个问题怎样处理呢?按照瑞利-金斯公式,当电磁波的波长趋势于0即频次为无限大时,黑体的单色辐出度是无限大。黑体单元时间辐射出无限大的能量,这当然是的。可是我们不要忘了,任何一个公式都有它合用的范畴,跨越这个范畴,公式就不再准确了。量变惹起量变,当一个事物的某个要素或前提变化到必然程度时,就会使该事物的素质发生变化,如许,描述这个事物纪律的公式也就不再合用了。例如定律 当两个质点之间的距离逐步减小曲至合二为一时,质点间距离为0,带入公式得出引力F为无限大,而天然界中不成能存正在无限大的力,但这并不料味着定律是不准确的,只申明这个定律正在R等于0这个临界态时不成立。一个带正电的点电荷A固定,一个带负电的点电荷B取A之间的距离为R,B正在库仑引力的感化下向A接近曲至沉合,正在这过程中,库仑引力也为无限大,这也是不成能的(天然界中底子不存正在质点和点电荷,是人们为了研究问题的便利而笼统出来的,它们是没有体积的)。同样事理,瑞利-金斯公式也不是对于任何频次的电磁波都合用,当电磁波的频次达到某个临界点时,它就不再合用了,就要用别的的纪律和公式来取代它。此外,波长为0或频次为无限大的电磁波底子就不存正在,电磁波做为一种物质,它的频次也有必然的,跨越这个范畴,它就不再是电磁波了,而是变成了别的一种物质。所以,“紫外灾难”这个问题是不存正在的,黑体的单色辐出度跟着频次的增大而增大,但有一个范畴,不会无地增大。英国出名物理学家霍金曾证明,若是广义是准确的,那么正在大爆炸前必然存正在一个奇点。奇点有无限大的密度和曲率,人们都认为这是难以理解的。既然奇点是的一个极限形态,它就分歧于中各类具体的物质,不克不及用凡是的密度等概念来描述它,这和所说的都是同样一个事理,由于奇点取我们所认识的各类物质的属性必然是纷歧样的。

  总之,能量持续性的概念是完全准确的,“紫外灾难”的问题底子就不存正在,引入能量子的假设是没有需要的。假如能量存正在一个最小单位,按照爱因斯坦质能方程,那么物质布局也必然存正在一个最小单位。可是我们都认为物质的布局能够无限再分下去,那么为什么却认为能量不克不及够无限再分呢?

  那么如何才能丈量出黑体正在高频范畴内的单色辐出度呢?对于频次不太高的电磁波,能够并排放几个探测器,如许能够多接收此频次的电磁波,把几个探测器接收的能量加起来就能够近似地获得此频次电磁波的单色辐出度。而且每个探测器接收的能量是分歧的,但跟着波的频次添加,几个探测器接收的能量的不同起头减小,所以如许还能够得出几个探测器接收的能量的递减取电磁波频次大小的关系的纪律。对于频次很是高的电磁波,是测不出其单色辐出度的,由于其穿透能力太强,探测器接收的能量几乎为0,并且电磁波不只从空腔的小孔向外辐射,还会穿过空腔的四壁向四周辐射,如许空腔上的小孔就不是一个黑体模子了。

  不只电磁波如斯,机械波也有雷同的纪律。那就是:波的频次越高,波就越容易穿过介质,它的范畴就越大。那声波来说,对于同样声强的两个音,腔调高的音得远。我们对远处喊话的时候,老是把腔调放高一些,以便让声音得远一些,就是这个事理。人的耳朵只能听到必然频次范畴内的声波,人耳听不到频次低的声音,这很好理解。但频次高的声音报酬什么也听不到呢?这是由于频次高的声波穿透能力强,当声波颠末人耳时,耳朵只领受到很少的能量,没有惹起神经的兴奋。人眼也只能领受到必然频次段的电磁波,这是同样一个事理。

  1楼埋红包点赞楼从:严思时间:2011-06-03 11:32:00这是十年前写的一篇文章.

  频次越高的电磁波正在介质中的能力越强,其辐射的范畴也越广,介质接收此频次的电磁波的能力就越弱。而且频次越高的电磁波向外辐射的能量分布得越平均,也就是说,分歧频次的电磁波正在统一介质中时,频次低的电磁波辐射的能量比力不服均,正在单元体积的介质中,离波源越远的介质接收的能量越少,并且跟着离波源距离的添加而敏捷递减。对于频次高的电磁波,虽然离波源越远,单元体积的介质接收的能量也削减,但削减的比力迟缓。我们都晓得红外线具有很强的热效应,而紫外线具有较强的穿透能力。其实对于统一个物体辐射的红外线和紫外线,单元波长的紫外线比红外线辐射的能量要多。只是紫外线的穿透力强,介质接收到的能量很少,所以紫外线的热效应不较着。

  任何一个物体,正在任何温度下都要发射和接收电磁波。我们凡是认为,对于欠亨明的物体,辐射到它的电磁波一部门被接收,一部门被它反射,即欠亨明物体的接收比取反射比之和为1。娱乐登录而对于通明物体,除了接收和反射之外,还有一部门电磁波透过该物,所以通明物体的接收比和反射比之和小于1。其实这是错误的,通明取欠亨明没有严酷的边界。一个物体对可见光来说是欠亨明的,但对频次较高的X射线来说就是通明的。我们认为玻璃是通明的,那是相对可见光及频次更高的电磁波而言,对于频次较低的电磁波,它就是欠亨明的。频次取电磁波的穿透能力有间接的关系,频次越高,电磁波的穿透能力越强。尝试发觉,介质的介电不是不变的,以分歧频次的光波丈量就会获得分歧的值。例如,用频次为100000赫的电磁波丈量水的介电是78.2,由此可得出响应的折射率是8.84,而水对光的折射率为1.333,两者相差6倍多。介电是介质障碍电场的能力的量度,从这个例子能够看出,水对分歧频次的电磁波的障碍感化是分歧的。白日太阳光映照地面,因为太阳光的频次比力高,穿透能力强,大部门光线都穿透大气达到地面。夜间,地面也向空间辐射电磁波,但因为波的频次较低,大部门都被大气接收。恰是由于大气对分歧频次的电磁波有分歧的障碍感化才使得地球能涵养住必然的热量。

  一般来说,对于温度给定的黑体,频次越高,单元时间内,正在单元波长范畴内辐射的能量该当越大,即黑体的单色辐出度将跟着频次的增大而增大。可是为什么尝试测得正在高频范畴内,单色辐出度跟着频次的增大而减小呢?我们凡是都认为典范物理的能量持续性概念有问题,却没有对尝试进行认实阐发。一个温度为T的空腔上开一个小孔,它可看做为一个黑体,从孔辐射出来的电磁波经透镜和平行光管后,投射到起分光感化的棱镜上,分歧频次的电磁波颠末棱镜后以分歧的标的目的射出,再经会聚透镜顺次沿分歧标的目的将各类频次的电磁波聚焦正在探测器上,这就是丈量单色辐出度所用的方式。尝试是按照探测器(如热电偶)单元时间内接收的能量而获得黑体的单色辐出度数据的。可是单色辐出度是黑体单元面积、单元时间和单元波长范畴内向外辐射电磁波能量的总和,而尝试中丈量单色辐出度仅是按照探测器单元时间内接收的能量,两者相等吗?谜底能否定的。正如文章开首所述,映照到探测器上的某一频次的电磁波并不是完全被探测器所接收,还有一部门穿过探测器而继续正在空中,探测器接收的能量只是某一频次的电磁波辐射总能量的一部门。频次越高的电磁波穿透探测器的能力越强,探测器接收的能量占某一频次下辐射总能量的份额就越少。所以按照探测器接收的能量而获得的单色辐出度并不是黑体实正的单色辐出度,波的频次越高,两者不同就越大。正在低频范畴内,因为电磁波的频次低,穿透探测器的能力较弱,可认为探测器接收的能量就是黑体正在某一频次下辐射的全数能量,如许尝试测得的数据就是黑体的单色辐出度,所以取瑞利-金斯公式合适得很好。正在高频范畴内,跟着电磁波频次的添加,其单色辐出度也响应地添加,可是大部门能量都到空中,探测器接收的能量所占的份额很是少,所以按照探测器接收的能量而得出的所谓单色辐出度当然取瑞利-金斯公式不符。瑞利-金斯公式该当是准确的,无论正在低频仍是正在高频范畴内,单色辐出度都跟着频次的增大而增大。瑞利-金斯公式取尝试不符是由于尝试丈量单色辐出度的数据不准确,没有考虑到电磁波的穿透问题,误认为探测器接收了黑体辐射出的电磁波的全数能量。



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