Catástrofe do ultravioleta

Question book-4.svg
Esta página ou secção cita fontes fiáveis e independentes, mas que não cobrem todo o conteúdo, o que compromete a verificabilidade (desde agosto de 2013). Por favor, insira mais referências no texto. Material sem fontes poderá ser removido.
Encontre fontes: Google (notícias, livros e acadêmico)
Broom icon.svg
As referências deste artigo necessitam de formatação (desde agosto de 2013). Por favor, utilize fontes apropriadas contendo referência ao título, autor, data e fonte de publicação do trabalho para que o artigo permaneça verificável no futuro.
A catástrofe do ultravioleta é um erro em comprimentos de onda curtos na Lei de Rayleigh-Jeans

A catástrofe do ultravioleta, também chamada catástrofe de Rayleigh-Jeans, é uma falha da teoria clássica do electromagnetismo para explicar a emissão electromagnética de um corpo em equilíbrio térmico com o ambiente, ou um corpo negro. Foi uma previsão da física classica do final do século 19 e começo do século 20, que um corpo negro ideal no equílibrio térmico emite radiação com energia infinita.

O termo catástrofe do ultravioleta foi primeiramente usado em 1911 por (Paul Ehrenfest), apesar de o conceito ser utilizado em 1900 com a primeira derivação de dependência de da lei de Rayleigh-Jeans; a palavra " ultravioleta" refere-se ao fato de que o o problema aparece na região de pequeno comprimento de onda do espectro eletromagnético. Desde a primeira aparição desse termo, ele tem sido, também, utilizado para previsões de natureza similar, como um quantum eletrodinâmico e em casos como a divergência ultravioleta.

De acordo com as previsões do electromagnetismo clássico, um corpo negro ideal em equilíbrio térmico deve emitir uma certa quantidade de energia em cada frequência. Quando se calcula a quantidade total de energia emitida de acordo com a teoria clássica, observa-se que para comprimentos de onda maiores a teoria clássica concorda com a observação experimental, mas para comprimentos de ondas menores a intensidade da radiação emitida tende para o infinito, que não concorda com os experimentos, daí o nome de catástrofe do ultravioleta. Teve-se, então, uma das primeiras indicações de que existia problemas irresolúveis no campo da física clássica. A solução para este problema levou ao desenvolvimento das primeiras formas de física quântica.

Problema

A catástrofe do ultravioleta resulta do teorema da equipartição da mecânica estatística classica que diz que todo oscilador harmônico de um sistema em equilíbrio tem uma média de energia de . Um exemplo de A História das Ciências de Mason, [1] ilustra a vibração de vários modos via uma peça de corda. Como uma onda estacionária, a corda oscilará com som harmônico (as ondas estacionárias de uma corda em ressonância harmônica), dependente do comprimento da corda. Na mecânica clássica, um irradiador de energia atuará como um vibrador natural. E, desde que cada modo tenha a mesma energia, a maioria da energia em um vibrador natural estará com menores comprimentos de onda e maiores frequências, onde a maioria dos modos estão.

De acordo com electromagnetismo clássico, o número de modos eletromagnéticos em uma cavidade tridimensional por unidade de frequência é proporcional ao quadrado da frequência. Isso, consequentemente, implica que o irradiador de energia por unidade de frequência deve seguir a lei de Rayleigh-Jeans, e ser proporcional ao quadrado da frequência. Assim, tanto o a energia em uma dada frequência e o total de energia irradiada é ilimitada na medida em que maiores frequências são consideradas: Isso é claramente não físico, pois o total de energia irradiada da cavidade não é observado como sendo ilimitado, um assunto que foi tratado independentemente por Albert Einstein e por Rayleigh e o James Hopwood Jeans no ano de 1905.

En otros idiomas