Квантовая физика началась как это ни удивительно с Исаака Ньютона. Что же сделал Ньютон? Он первым разложил естественный свет через призму и на экране за ней получил спектр. Далее выяснилось, что спектр дает не только солнечный свет, но и любое нагретое тело. Чем больше температура, тем больше синих лучей, например 500 градусов Цельсия - тело красного цвета, 1000 градусов - белого цвета.
Постепенное изучение спектров привело ученых к двум вопросам. Как зависит спектр тела от его температуры и как происходит распределение энергии в спектре? Изучение этих проблем проводилось следующим образом. Надо взять полоску спектра шириной допустим в 1 см, взять калориметры и измерить количества теплоты, которые падают на эту полоску.
Ширина спектра зависит от расстояния от источника до экрана, следовательно зависит от длины волны (частоты) излучения. В связи с этим вычисляют спектральную плотность энергии как отношение энергии, находящейся в узкой полоске спектра на участке частот к ширине этого участка. Это отношение называют спектральной функцией. Понятно, что она зависит от температуры, но вот как определить ее вид.
Спектр может представить себе каждый, достаточно вспомнить радугу. Это непрерывный спектр, в котором представлены все частоты. Поэтому в таком спектре не имеет смысла спрашивать о том, какую энергию можно поставить той или иной частоте.
Можно провести такую аналогию. Представить спектральную функцию, зависящую от частоты, также как объем воды, вытекающий из крана за какое-то время. Если спросить сколько воды вытечет из крана в 13-00 часов, то вопрос не имеет смысла, потому что точно в этот момент времени вытечет объем воды, равный нулю. А вот если переформулировать вопрос: какой объем воды вытечет с 13-00 до 13-01 , то тут уже можно ответить точно. Причем объем воды зависит еще и от интенсивности потока воды.
Спектральная функция имеет точно такой же смысл: она определяет количество энергии в полоске спектра к ширине этой полоски, а ширина зависит от частоты, а частота меняется непрерывно.
Исследования по определению вида этой функции и привели к открытию квантовой физики.