“TAI BIẾN TIA TỬ NGOẠI”
Đối với mật độ phổ bức xạ Wien đề nghị một công thức kinh nghiệm:
uv(T) = av3e – bv/T
với a và b là các hằng số xác định bằng thực nghiệm. Năm 1899 - 1900 Otto Lummer, Ferdinand Kurlbaum (1857 - 1927), Ernst Pringsheim (1859 - 1917) và Heinrich Rubens (1865 - 1922) đã chứng minh rằng đường cong mật độ phổ luôn luôn có một cực đại, nó bị dịch chuyển khi nâng cao nhiệt độ đúng như định luật dịch chuyển của Wien đã tiên đoán. Ngoài ra từ các thực nghiệm của họ phải suy ra rằng công thức (1) là đúng chỉ trong một vùng sóng ngắn (hoặc ở nhiệt độ thấp).
Huân tước Rayleigh, tức John William Strutt (1842 - 1919) trên cơ sở định luật thống kê về phân bố đồng đều năng lượng theo các bậc tự do đã rút ra một định luật khác (năm 1900) cho sự phân bố năng lượng trong phổ vật đen tuyệt đối:
uv(T) = (8v2/c3)kT
với k là hằng số Boltzmann. Công thức (2) dựa hoàn toàn trên các quan điểm cổ điển về sau đã được James Hopwood Jeans (1877 - 1946) hiệu chính lại. Bởi thế nó được gọi là định luật Rayleigh - Jeans. Các thực nghiệm cho thấy rằng trong vùng sóng dài (hoặc ở nhiệt độ cao) mật độ Phổ bức xạ tỷ lệ với nhiệt độ phù hợp với định luật Rayleigh - Jeans. Mọi nỗ lực áp dụng sự phụ thuộc - (2) cho toàn vùng các tần số luôn luôn dẫn tới điều phi lý: việc cộng uv(T) theo tất cả các tần số từ không tới vô cùng đều cho kết quả là một mật độ năng lượng bức xạ lớn vô hạn. Từ quan điểm vật lý điều đó là một sự phi lý! Theo định luật Rayleigh - Jeans một phần lớn năng lượng trong phổ bức xạ nhiệt đi vào vùng sóng ngắn (tử ngoại, là điều mâu thuẫn với thực nghiệm. Paul Ehrenfest đã gọi sự bất tương ứng giữa lý thuyết và thực nghiệm ấy là tai biến tử ngoại hay là nghịch lý Rayleigh - Jeans. Nhà vật lý danh tiếng Lorenz đã từng nói : ''Các phương trình của vật lý cổ điển té ra không thể giải thích được vì sao cái lò đang tắt lại không phát ra ánh sáng vàng cùng với việc bức xạ các sóng có tước sóng lớn''.
Trong số các nhà vật lý cuối thế kỷ XIX từng nỗ lực tìm kiếm hàm số u (hay uv) với kỳ vọng làm phù hợp được lý thuyết với thực nghiệm, có một nhà vật lý lý thuyết Đức: Max Planck. Ông đã nhận được một công thức cho phép giải thích được tất thảy các tính chất bức xạ cân bằng của vật đen và khắc phục được nghịch lý Rayleigh - Jeans. Nói cho chính xác, Planck đâu có nhắc gì về định luật Rayleigh, cũng chẳng nói về tai biến tử ngoại, ông chỉ mải miết hoàn thiện công thức Wien. Nhiều năm sau Planck nhớ lại đã thực hiện phát minh lừng danh của mình thế nào.
Vào ngày chủ nhật 7 tháng l0 năm l 900 một người bạn đồng nghiệp của ông là nhà vật lý thực nghiệm Heinrich Rubens rẽ tới chỗ ông và kể về các thực nghiệm mới mẻ nhất, theo đó cường độ bức xạ đối với các bước sóng nhỏ thì theo đúng định luật Wien, còn đối với các bước sóng lớn thì nó không còn phụ thuộc bước sóng nữa, và tỷ lệ với nhiệt độ. Buổi tối Planck thu được một công thức nội suy cho hàm u ở vùng sóng ngắn nó khớp với định luật Wien, còn ở vùng sóng dài nó chuyển thành định luật Rayleigh - Jeans. Công thức của Planck như sau:
(3)
với c1 và c2 là các hằng số thu được bằng đối chiếu thực nghiệm. Vừa hay khi đó nhà vật lý Đức Friedrich Paschen (1865 - 1947) mới soạn ra một phương pháp đồ thị cho phép kiểm tra tỉ mỉ các biểu thức lý thuyết về phân bố năng lượng trong phổ các vật nóng phát sáng, đặc biệt là xác định được các hằng số đưa vào các công thức khi thay đổi nhiệt độ. Planck không phải đợi lâu cái cơ hội kiểm chứng công thức mới của mình bằng đồ thị: tất cả như có một ''vị thiên sứ giáng trần''!
