משתמש:כותבערכים/הקטסטרופה העל-סגולה
במהלך סוף המאה ה-19 וראשית המאה ה-20 העסיקה את אנשי המדע בעיית הקטסטרופה העל-סגולה, הנקראת גם קסטסרופת ריילי–ג'ינס. התחזית של הפיזיקה הקלאסית הייתה שגוף שחור אידיאלי במצב של שיווי-משקל תרמי יפלוט קרינה בכל טווחי התדרים, ויפלוט יותר אנרגיה כאשר התדירות תעלה. על ידי חישוב הסכום הכולל של האנרגיה המקורננת (כלומר, הסכום של הפליטות בכל טווחי התדרים) עלול כביכול להיראות שגוף שחור ישחרר כמות אינסופית של אנרגיה, דבר שסותר את עקרונות חוק שימור האנרגיה. הבעיה העידה שהיה צורך במודל חדש עבור התנהגות הגופים השחורים.
המונח "הקטסטרופה העל-סגולה" נכנס לשימוש לראשונה בשנת 1911 על ידי פול הרנפסט, אבל מקור הרעיון היה כבר ב-1900, בחוק ריילי-ג'ינס. הביטוי מתייחס לעובדה שחוק ריילי-ג'ינס מנבא במדויק תוצאות ניסויים כאשר מקרינים בתדרים מתחת ל-105 ג'יגה-הרץ, אך הוא מתחיל לסטות בתוצאות אמפיריות כאשר התדרים מגיעים לאזור האולטרה סגול של הספקטרום האלקטרומגנטי. מאז שהופיע לראשונה, המונח שימש גם תחזיות אחרות בעל אופי דומה, כמו באלקטרודינמיקה קוונטית או בסטייה על-סגולה.
הבעיה[עריכת קוד מקור | עריכה]
הקטסטרופה העל-סגולה נובעת מחוק החלוקה השווה של המכניקה הסטטיסטית הקלאסית שקובע כי כל מצבי מתנד הרמוני (דרגות חופש) של מערכת בשיווי משקל הם בעלי אנרגיה ממוצעת של:
כאשר T הטמפרטורה של המערכת ו- קבוע בולצמן.
על פי האלקטרומגנטיות הקלאסית, מספר המצבים האלקטרומגנטיים בחלל בעל שלושה מימדים, לכל יחידת תדר, הוא יחסי לריבוע התדר. מכאן אפוא שכוח מקורננן ליחידת תדירות צריך לקיים את חוק ריילי–ג'ינס, ולהיות גם פרופורציונאלי לתדירות בריבוע. לפיכך, גם כוח בתדירות נתונה וגם כלל הכוח המקורננן נעשים בלתי מוגבלים כאשר מחשבים תדירויות גבוהות יותר ויותר: ברור שזה לא פיזיקלי כאשר צופים שהקרינה תשאף לאינסוף.
פתרון הבעיה[עריכת קוד מקור | עריכה]
פלאנק נגזר על הצורה הנכונה עבור עוצמת הספקטרום הפצה פונקציה על ידי ביצוע כמה מוזר (במשך הזמן) הנחות. בפרט, פלאנק להניח כי קרינה אלקטרומגנטית יכולה להיות רק הנפלטים או נספג בדיד מנות, נקרא הקוונטים, של אנרגיה: איפה h הוא קבוע פלאנק. פלאנק הנחות הוביל את הצורה הנכונה של הספקטרום הפצה פונקציות:
. אלברט איינשטיין לפתור את הבעיה על-ידי מניח כי פלאנק הקוונטים היו פיזי אמיתי חלקיקים—מה שאנו מכנים כיום פוטונים, לא רק מתמטית בדיוני. הוא שונה מכניקה סטטיסטית בסגנון של בולצמן כדי אנסמבל של פוטונים. איינשטיין של הפוטון היה אנרגיה יחסי התדר שלו והוא גם הסביר שלא פורסמו חוק סטוקס את האפקט הפוטואלקטרי.
אי דיוקים היסטוריים[עריכת קוד מקור | עריכה]
רבים פופולרי היסטוריה של הפיזיקה, כמו גם מספר ספרי לימוד הפיזיקה, להציג גירסה שגויה של ההיסטוריה של אולטרה סגול קטסטרופה. בגירסה זו, ה "אסון" היה שם לב לראשונה על ידי פלאנק, שפיתח את הנוסחה שלו בתגובה. למעשה פלאנק לא מודאג עצמו עם היבט זה של הבעיה, כי הוא לא מאמין כי equipartition משפט היה בסיסית – המוטיבציה שלו על החדרת "קוונטים" היה שונה לחלוטין. זה פלאנק ההצעה קרה כדי לספק פתרון זה היה הבין רק מאוחר יותר, כאמור לעיל. אבל האמת רצף של אירועים ידועה היסטוריונים במשך עשורים רבים, מבחינה היסטורית גירסה שגויה נמשכת, בין השאר, כי פלאנק בפועל המוטיבציה ההצעה קוונטית מסובך וקשה לסכם לליי הקהל.