探索溫度如何影響空腔內的能量輻射
波峰波長 ($\lambda_{\text{max}}$): -- nm
在物理學中，一個「理想黑體」（Ideal Black Body）是指一個能完全吸收所有照射到它上面的電磁輻射，不論頻率或入射角度的物體。它不反射任何光，因此在常溫下看起來是純黑色的（這也是其名稱的由來）。然而，黑體自身會因溫度而向外輻射能量，這種輻射稱為「黑體輻射」。
雖然完美的黑體在現實中不存在，但我們可以製造出一個非常接近的模型。如上方動畫所示，一個帶有小孔的密閉空腔就是一個極佳的近似。任何從外部射入小孔的光線，會在空腔內壁經過多次反射，每一次反射都會被牆壁吸收一部分能量，最終幾乎所有能量都被吸收，很難再從洞口逃逸。因此，這個小孔就如同一個完美的吸收體，即「黑體」。
在19世紀末，物理學家試圖用古典物理理論（熱力學和電磁學）來解釋黑體輻射的實驗數據。根據古典理論，空腔壁上的原子（可視為微小的振子）在任何溫度下都會持續振動，並輻射出電磁波。理論推導出的公式在長波長（低頻率）區域與實驗結果相當吻合，但在短波長（高頻率，如紫外線）區域，理論預測輻射強度會趨向於無窮大。這顯然與實驗觀測到的「強度在某個波長達到峰值後便迅速下降」的現象完全矛盾。這個巨大的理論失敗被稱為「紫外災變」（Ultraviolet Catastrophe）。
為了解決這個問題，德國物理學家馬克斯·普朗克（Max Planck）在1900年提出了一個革命性的大膽假設：
能量並非連續的，而是「量子化」的。
普朗克假設，空腔壁上振子的能量只能是某個最小能量單位（能量子，quantum）的整數倍。這個最小的能量單位 $E$ 與振子的振動頻率 $f$ 成正比，其關係式為：
$$ E = hf $$
其中 $h$ 是一個新的基本常數，後來被稱為「普朗克常數」。
這個假設的意義在於：高頻率（短波長）的振子需要非常高的能量才能被激發（因為它的「能量門檻」$hf$ 很高）。在特定溫度下，系統的總能量有限，因此只有極少數的振子能夠獲得足夠的能量來進行高頻振動和輻射。這就自然地抑制了短波長區域的輻射強度，完美地解釋了實驗曲線的形狀，並成功避免了紫外災變。
普朗克的能量量子化假設，雖然最初只是為了解釋黑體輻射而提出的一個數學技巧，卻意外地敲開了量子力學的大門，徹底改變了我們對微觀世界的理解。