Bencana Ultraviolet (Ultraviolet Catastrophe)

Dalam fisika, bencana ultraviolet (ultraviolet catastrophe), yang disebut juga “bencana Rayleigh-Jeans”, adalah peramalan klasik, yang dibuat pada akhir abad ke-19, bahwa benda hitam ideal pada kesetimbangan termal akan memancarkan radiasi dengan daya tak hingga. Walaupun ramalan ini terbukti salah berdasarkan pengamatan, ramalan ini merupakan tanda-tanda awal adanya masalah pada fisika klasik. Pada tahun 1900, pemecahan Max Planck terhadap masalah ini bermuara pada bagian-bagian awal mekanika kuantum.

UV Catastrophe

UV Catastrophe

Kita dapat melihat berbagai benda karena cahaya yang mereka pantulkan. Pada suhu ruang, radiasi termal ini paling banyak terdapat dalam daerah spektrum inframerah pada daerah dimana mata kita tidak lagi peka. Bila benda tersebut kita panasi, mereka akan mulai memancarkan cahaya tampak. Sebagai contoh, sepotong logam yang dipanaskan mula-mula tampak memijar dengan memancarkan warna merah tua dan jika terus dipanaskan warnanya berangsur berubah menjadi semakin kuning. Radiasi yang dipancarkan benda biasa tidak hanya bergantung pada suhu, tetapi juga sifat-sifat lainnya seperti permukaan dan materi penyusunnya. Radiasinya bergantung juga pada apakah ia memantulkan atau tidak memantulkan radiasi dari lingkungan sekitar yang jatuh padanya.

Tinjau suatu benda dengan seluruh permukaannya hitam. Jika benda seluruhnya hitam, maka benda tersebut tidak akan memantulkan radiasi yang mengenainya. Kita generalisasi lagi obyek tersebut sebagai benda hitam khusus (cavity) seperti sebuah kotak logam dengan lubang kecil di salah satu sisinya. Perhitungan klasik dari energi radiant yang terpancar pada setiap panjang gelombang ini akan menghasilkan sebuah perumusan yang dikenal dengan rumus Rayleigh-Jeans. Jika dibandingkan hasil perumusan ini (terlihat pada gambar dengan warna biru) terhadap data hasil percobaan (warna merah) akan terdapat perbedaan yang mendasar. Intensitas radiant yang dihitung dengan menggunakan perumusan Rayleigh-Jeans tampak menghampiri data percobaan untuk daerah panjang gelombang yang panjang. Akan tetapi pada daerah panjang gelombang pendek, teori klasik ini sama sekali gagal. Kegagalan hukum Rayleigh-Jeans pada daerah panjang gelombang pendek ini disebut bencana ultraviolet.

Fisikawan yang memberikan interpretasi dengan benar mengenai radiasi termal adalah Max Planck (1858-1947). Planck mengemukakan bahwa osilasi atom hanya dapat menyerap atau memancarkan kembali energi dalam bentuk paket (kuanta). Dalam teori Planck, setiap osilator bisa memancarkan atau menyerap enrgi hanya dalam kuantitas perkalian integer dari energi ε. Ramalan ini disebut bencana ultraungu karena radiasi ultraungu memiliki frekuensi tertinggi dari semua radiasi yang dikenal pada saat itu (sinar-X dan sinar gama belum ditemukan). Sejak munculnya istilah ini, istilah yang sama digunakan juga untuk sifat yang mirip, misalnya dalam elektrodinamika kuantum (yang disebut juga: divergensi ultraungu).