یکی از مسائلی که فیزیکدان‌ها در اواخر قرن نوزدهم به آن می‌پرداختند، استخراج منحنی تابش جسم سیاه ترسیم شده در شکل زیر بود. لرد رایلی (جان ویلیام استرات) تلاش کرد تا با به کار بردن معادلات ماکسول (در مورد نظریه الکترومغناطیس فیزیک کلاسیک) به همراه نتایج فیزیک حرارت به عبارتی دست یابد که بتواند منحنی تابش جسم سیاه را به‌درستی به دست آورد.
او یک کاواک (تشدید کننده اپتیکی) با دمای T که از تابش جسم سیاه منتشر شده بود را در نظر گرفت. این سیستم را می‌توان به‌صورت یک کوره داغ که با امواج ایستاده الکترومغناطیسی پرشده تصور کرد. اگر L فاصله میان دیواره‌های کوره باشد. آنگاه طول موج‌های مجاز تابش، (مانند امواج ایستاده روی طناب) 2L, L, 2L/3, 2L/4, 2L/5, …هستند. به این ترتیب این سیستم قادر به تولید طول موج‌هایی بسیار کوتاه هستند. بنا بر فیزیک کلاسیک هر کدام از این طول موج‌ها باید انرژی برابر kT داشته باشند. K ثابت بولتزمن است و می‌توان به این صورت آن را در قانون گازهای ایده آل به کار برد. (N تعداد ذرات است)
بنا بر تحقیقات رایلی رابطه زیر به دست می‌آید
در این رابطه c سرعت نور، k ثابت بولتزمن، T دمای جسم سیاه و B میزان تابش در طول موج λ است.
این رابطه برای طول موج‌های بلند سازگار است اما در طول موج‌های کوتاه دارای اشکال است. چرا که اگر طول موج به صفر میل کند، بنا بر این رابطه مقدار B هم باید به بی‌نهایت میل کند که این قابل قبول نیست. سرچشمه این مشکل این است که طبق فیزیک کلاسیک یک مقدار نامتناهی از طول‌موج‌هایی بسیار کوچک ایجاب می‌کند که در کوره مقدار نامحدودی انرژی وجود داشته باشد. نتیجه نظری بسیار نامعقول است که فاجعه فرابنفش» نامیده شد. معادله فوق امروزه با نام رایلی - جینز شناخته می‌شود.
وین نیز روی یافتن یک رابطه ریاضی درست برای منحنی تابش جسم سیاه کار می‌کرد. باراهنمایی قانون استفان بولتزمن و فیزیک حرارت کلاسیک، وین توانست قانون تجربی که منحنی در طول موج‌های کوتاه نشان می‌داد را توصیف کند اما در بررسی طول موج‌های بلند تز شکست خورد. این رابطه که تنها برای طول موج‌های کوتاه معتبر است یه این صورت است.
که a و b ثوابتی هستند که برای به دست آوردن آن‌ها بهترین تطبیق با داده‌ها تجربی انتخاب می‌شود. در اواخر ۱۹۰۰ میلادی ماکس پلانک کشف کرد که با تغییر رابطه وین و با تکرار نتایج طول موج‌های بلند قانون رایلی جینز با اجتناب از فاجعه فرابنفش به‌درستی منحنی تابش جسم سیاه را استخراج کرد.
ادامه مطلب... (کوانتش انرژی - قسمت دوم)
منبع: مقدمه ای بر اخترفیزیک جدیدAn Introduction to Modern Astrophysics
عالی بود