2. 能量量子化假设

普朗克假设电磁辐射的能量是量子化的，即辐射的能量是 $\epsilon = hv$ 的整数倍，其中 $h$ 是普朗克常数，$v$ 是频率。

3. 能量分布

根据量子力学统计，一个能级 $E = nhv$ 上的能量状态的数量是按玻尔兹曼分布来权衡的。即每个状态的概率是 $P_n \propto e^{-nhv/kT}$，其中 $k$ 是玻尔兹曼常数，$T$ 是绝对温度。

本小章还未完，请点击下一页继续阅读后面精彩内容！

4. 求平均能量

在温度为 $T$ 的热平衡下，对于频率为 $v$ 的电磁波的平均能量可以表示为： [ \langle E \rangle = \frac{\sum_{n=0}^{\infty} nhv \cdot e^{-nhv/kT}}{\sum_{n=0}^{\infty} e^{-nhv/kT}} ]

5. 系列求和

利用几何级数求和公式，得到： [ \sum_{n=0}^{\infty} e^{-nhv/kT} = \frac{1}{1 - e^{-hv/kT}} ] [ \sum_{n=0}^{\infty} nhv \cdot e^{-nhv/kT} = \frac{hv}{(e^{hv/kT} - 1)} ]

6. 平均能量结果

因此，频率为 $v$ 的光子的平均能量为： [ \langle E \rangle = \frac{hv}{e^{hv/kT} - 1} ]

7. 空间密度

电磁波在单位体积中的频率密度是 $D(v) = \frac{8\pi v^2}{c^3}$，其中 $c$ 是光速。

8. 能量密度

将频率密度和平均能量相结合，得到黑体辐射的能量密度公式，称为普朗克公式： [ u(v, T) = \frac{8\pi v^2}{c^3} \frac{hv}{e^{hv/kT} - 1} ]

9. 最终推导

为普朗克公式转换成波长表示： [ u(\lambda, T) = \frac{8\pi h c}{\lambda^5} \frac{1}{e^{hc/(\lambda k T)} - 1} ]

这个公式就是黑体辐射公式，用于描述在温度为 $T$ 的物体辐射峰值所在波长的强度。它成功解释了黑体辐射的“紫外灾难”问题，成为量子力学的基石之一。

希望这个推导过程对你有所帮助。如果有需要进一步解释的地方，请告诉我。

最后是我脑子灵光一闪，把这两个玩意结合在一起，看看是个什么鬼哈？

在探讨这个问题之前，我们首先需要明确两个概念：高维空间中的单位体积公式以及黑体辐射的电磁波单位体积密度公式。

1. 高维空间中的单位体积公式：

在n维欧几里得空间的一单位n维球体的体积 ( V_n ) 可以通过以下公式表示： [ V_n(r) = \frac{\pi^{n/2}}{\Gamma(\frac{n}{2} + 1)} r^n ] 其中，( r ) 是半径，( \Gamma ) 是伽玛函数。

2. 黑体辐射的电磁波单位体积密度公式:

黑体辐射的能量密度（单位体积内的能量），可以由普朗克公式表示： [ \rho(u, T) = \frac{8 \pi u^2}{c^3} \frac{h u}{e^{h u / k T} - 1} ] 其中：

( \rho(u, T) ) 视频率为 ( u ) 的电磁波在温度 ( T ) 下的单位体积密度

( h ) 是普朗克常数

( c ) 是光速

( k ) 是玻尔兹曼常数

合并两个公式：

当我们将高维空间的单位体积公式引入黑体辐射电磁波在单位体积内的能量密度公式时，假设高维空间中的n维体积，并设定半径r = 1（单位球），我们得到在单位时间内单位频率范围内的能量密度：

[ \rho(u, T, n) = \frac{8 \pi u^2}{c^3} \frac{h u}{e^{h u / k T} - 1} \cdot \frac{\pi^{n/2}}{\Gamma(\frac{n}{2} + 1)} ]

因此，在高维空间中，黑体辐射的电磁波在单位体积（单位半径）内的能量密度公式变为：

[ \rho(u, T, n) = \frac{8 \pi u^2}{c^3} \frac{h u}{e^{h u / k T} - 1} \cdot \frac{\pi^{n/2}}{\Gamma(\frac{n}{2} + 1)} ]

这个公式结合了空间维数n的影响，体现了高维空间下的黑体辐射能量分布。

绕过爱因斯坦，薛定谔和霍金，大家接着匍匐前进哈，要有中国的愚公移山精神，搬开三座大山，前方才是坦途！