В кінці XIX ст. багато вчених вважали, що розвиток фізики завершилося з наступних причин:
- Більше 200 років існують закони механіки, теорія всесвітнього тяжіння.
- Розроблено МКТ.
- Підведено міцний фундамент під термодинаміку.
- Завершена максвеллівська теорія електромагнетизму.
- Відкрито фундаментальні закони збереження (енергії, імпульсу моменту імпульсу, маси та електричного заряду).
В кінці XIX - початку XX ст. відкриті В. Рентгеном - X-промені (рентгенівські промені), А. Беккерелем - явище радіоактивності, Дж. Томсоном електрон. Однак класична фізика не зуміла пояснити ці явища.
Теорія відносності А. Ейнштейна зажадала корінного перегляду понятті простору і часу. Спеціальні досліди підтвердили справедливість гіпотези Дж. Максвелла про електромагнітну природу світла. Можна було припустити, що випромінювання електромагнітних хвиль нагрітими тілами обумовлено коливальним рухом електронів. Але це припущення потрібно було підтвердити зіставленням теоретичних і експериментальних даних.
Для теоретичного розгляду законів випромінювань використовували модель абсолютно чорного тіла. т. е. тіла, повністю поглинає електромагнітні хвилі будь-якої довжини і, відповідно, випромінює всі довжини електромагнітних хвиль.
Прикладом абсолютно чорного тіла по випромінюючої здатності може бути Сонце, по поглинає - порожнина з дзеркальними стінками з маленьким отвором.
Австрійські фізики І. Стефан і Л. Больцман експериментально встановили, що повна енергія Е, яку випромінює за 1 з абсолютно чорним тілом з одиниці поверхні, пропорційна четвертого ступеня абсолютний температури Т:
. де s = 5,67. 10 -8 Дж / (м 2. К-с) постійна Стефана-Больцмана.
Цей закон був названий законом Стефана - Больцмана. Він дозволив обчислити енергію випромінювання абсолютно чорного тіла по відомій температурі.
Приклад експериментально отриманих кривих розподілу енергії в спектрі випромінювання абсолютно чорного тіла.
При заданому значенні температури Т інтенсивність випромінювання чорного тіла максимальна і відповідає певному значенню довжини хвилі l. Німецький фізик В. Він виявив, що при зміні температури довжина хвилі, на яку припадає максимальна енергія Еmax. зменшується обернено пропорційно температурі, тому (закон Вина). Використовуючи закони термодинаміки, В. Вин отримав закон розподілу енергії в спектрі абсолютно чорного тіла, який збігався з експериментальними результатами лише в області високих частот.
Англійський фізик Дж. Релей зробив спробу більш суворого теоретичного висновку закону розподілу енергії. по закон приводив до хорошого збігу з дослідами в області малих частот. За цим законом інтенсивність випромінювання повинна зростати пропорційно квадрату частоти. Отже, в тепловому випромінюванні має бути багато ультрафіолетових і рентгенівських променів, чого на досвіді не спостерігалося. Труднощі в узгодженні теорії з результатами експерименту отримали назву ультрафіолетової катастрофи.
Закони електромагнетизму, отримані Максвеллом, виявилися не в змозі пояснити форму кривої розподілу інтенсивності в спектрі абсолютно чорного тіла. При видаленні від цього значення інтенсивність електромагнітного випромінювання плавно убуває.