比熱などはなぜ古典力学では説明できないんですか？

比熱や空洞輻射のスペクトルは古典力学では説明できず、量子論が考え出される契機となったことだと見たことがあるのですが、どうして古典力学では説明できないのですか？

比熱は高温時に、空洞輻射は低温時にエネルギーの等分配の法則が破れて、そこから導きだされた式等も成り立たなくなるから
このような説明しか出来ません…

また、他にも同じような物理現象があれば、できれば同様の説明とともに教えていただきたいです。
よろしくお願いします。

No.1 ベストアンサー 回答者： dame_dame_ 回答日時： 2011/05/30 10:03

＞比熱は高温時に、空洞輻射は低温時にエネルギーの等分配の法則が破れて、そこから導きだされた式等も成り立たなくなるから

この通りです

たいていの量子力学の本の最初の方に
空洞輻射の式が載ってると思うので式は省略しますが

エネルギー等分配側を用いた古典力学により
空洞輻射のエネルギーを求めた
（レイリージーンズの法則）
これは古典力学の範囲では明らかに正しい
→
実験で得られるデータと明らかに違う（特に低温で）
またレイリージーンズの式で計算すると
発生する全エネルギーが無限大になる
→
古典力学は間違っているんじゃないか？
→
プランクの仮説によって説明できる
エネルギーの値は飛び飛びなんじゃ？
→
量子力学


超伝導や超流動を始め最近研究されている物理現象は
古典力学で説明できないものがいくらでもあります
興味があるのであれば物性物理学の本を読んでみたら
よいのではないでしょうか？

この回答へのお礼

回答ありがとうございます

自分の説明でも間違ってなかったんですね


超電導や超流動の話は知りませんでした
また自分でも調べてみようと思います

回答していただいたのに悪いのですが、最後の質問は量子論が考え出される原因となった現象が知りたかったのです
ややこしい聞き方をしてすみませんでした…

でも本当にありがとうございました！

お礼日時：2011/05/31 00:06

No.2 回答者： dame_dame_ 回答日時： 2011/06/02 08:49

よく読むともっと深い理由を聞いてたみたいですね

申し訳なかったです

古典力学で説明できない理由は古典力学ではエネルギーが
連続の値を取りうるのに対して量子力学では飛び飛びの値
E=hν=hc/λ
の整数倍しか取れないためです

例として空洞輻射で言えば
E=hc/λ*整数
なのでλが大きい場合はほとんど連続とみなせて
古典力学で近似できますがλが小さい場所では
近似すら成り立たず理論が破綻します
エネルギー等分配側が成り立たないのはλが小さい（高温）
部分でした（気づかなくてすみません）

そして、よくみると比熱が成り立たないのは低温時ですね
統計力学ではE/Tの項が重要なのでTが大きいときは
連続と近似できることになります(λは常に一定と仮定）
正確な計算は統計力学を学んだときに出てくると思います

量子力学のきっかけとなったのは主に前期量子論の現象です
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%89%8D%E6%9C%9F% …

この回答へのお礼

再度の回答ありがとうございます

分かりやすい説明で理解できました

この事を念頭において自分でも考えてみます

ありがとうございました！

お礼日時：2011/06/06 21:54