Thảm họa tia cực tím là gì?

Thuật ngữ "thảm họa tia cực tím" đề cập đến một nghịch lý xuất hiện trong hiểu biết của các nhà khoa học về cách ánh sáng được phát ra bởi các vật đen tồn tại ở trạng thái cân bằng nhiệt. Theo cách hiểu cổ điển của vật lý, a vật thể phát ra bức xạ có cùng giá trị mà nó hấp thụ từ các nguồn bên ngoài phải phát ra bức xạ có cường độ ngày càng cao khi bước sóng ngắn lại.

Sự hiểu biết về vật lý của thế kỷ 19 đi đến bế tắc vào khoảng năm 1900 khi nó tỏ ra không đủ khả năng giải thích cách thức ánh sáng phát ra từ các vật thể. Theo mô hình cổ điển, một vật ở trạng thái cân bằng nhiệt phát ra bức xạ có cường độ cho trước ở tất cả các bước sóng có thể. Khi tần số của ánh sáng phát ra tăng lên ở gần đầu cực tím của quang phổ, thì các bước sóng của ánh sáng phải được phát ra để phù hợp với các mô hình cổ điển cũng vậy. Cuối cùng, mô hình dự đoán rằng vật đen sẽ tỏa ra năng lượng vô hạn ở tần số cao.

Một vật thể hữu hạn không thể phát ra năng lượng vô hạn. Điều có vẻ nghịch lý này cuối cùng đã được giải quyết bởi Max Planck. Planck lý luận rằng vấn đề bức xạ vô hạn từ một nguồn hữu hạn sẽ biến mất nếu các nguyên tử bị giới hạn trong phạm vi năng lượng mà chúng được phép phát ra. Ông đề xuất rằng ánh sáng không thể được phát ra một cách tùy tiện, mà chỉ trong các gói kín đáo, mà ông gọi là lượng tử. Đây là một trong những hiểu biết đầu tiên về thứ sẽ được gọi là vật lý lượng tử.