One commonly sees iron glowing from red to yellow when heated by a blacksmith. But why red or yellow? Why not blue or green? And why precisely this color at this temperature?
One of the physicists who investigated this question is John William Strutt, better known as Baron Rayleigh, and more properly, known as the 3rd Baron Rayleigh, to distinguish him from his father (the 2nd Baron Rayleigh) and from his son. Wrestling with various questions in physics, he wrote:
I have never thought the materialist view possible, and I look to a power beyond what we see, and to a life in which we may at least hope to take part.
His son, Robert Strutt, worked on similar problems, and is known as the 4th Baron Rayleigh. His work showed that the questions about light emitted from heated matter are related to questions about light emitted from matter through which an electric current moves.
Where Rayleigh left off, James Hopwood Jeans began, and formulated the Rayleigh-Jeans law. This formula, based on classical mechanics, approximates the observations of emitted radiation from a body for a certain range of values, but deviates substantially from empirical data for values above and below that range.
The failure of the Rayleigh-Jeans law was one of several impetuses for the development of quantum mechanics. Werner Heisenberg writes:
Der Anfang der Quantentheorie ist mit einem bekannten Phänomen verbunden, das keineswegs zu den zentralen Teilen der Atomphysik gehört. Irgendein Stück Materie, das erhitzt wird, beginnt zu glühen, es wird rot- oder schließlich weißglühend bei hohen Temperaturen. Die Farbe hängt nicht sehr stark von der Oberfläche des Materials ab, und für einen schwarzen Körper hängt sie sogar allein von der Temperatur ab. Daher ist die Strahlung, die durch solch einen schwarzen Körper bei hohen Temperaturen ausgesandt wird, ein geeignetes Objekt für physikalische Untersuchungen. Da es sich um ein einfaches Phänomen handelt, sollte es auch auf Grund der bekannten Gesetze der Strahlung und der Wärme eine einfache Erklärung dafür geben. Der Versuch zu einer solchen Erklärung, der gegen Ende des 19. Jahrhunderts durch Rayleigh and Jeans gemacht wurde, brachte jedoch sehr ernste Schwierigkeiten an den Tag. Es ist leider nicht möglich, diese Schwierigkeiten in einfachen Begriffen zu beschreiben. Es muß genügen festzustellen, daß die folgerichtige Anwendung der damals bekannten Naturgesetze nicht zu sinnvollen Resultaten führte.
The failure of the Rayleigh-Jeans law nudged physicists, including Max Planck, to look at the micro level, to look at the atom, for clues about the mechanisms which predict or determine the amount of energy matter will release, the wavelength and direction of that energy, and how that release of energy is determined by the temperature to which the matter is heated, or by the amount and type of electric current which is sent through it.
Thus the riddle presented by the Rayleigh-Jeans law reaches to the central questions of quantum mechanics, and to the legendary results of Heisenberg.
