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Étape 1 sur 3 : Le spectre d'énergie de Planck
Intuition

Le rayonnement dans une cavité est comme un « gaz de photons » enfermé dans une boîte : on compte les « places » (modes) à chaque fréquence et on multiplie par l'énergie moyenne par « place » — comme le chiffre d'affaires d'un restaurant : nombre de tables × addition moyenne.

u(ν,T) dν=8πhν3c3 dνehν/kBT−1u(\nu, T)\,d\nu = \frac{8\pi h \nu^3}{c^3}\, \frac{d\nu}{e^{h\nu/k_BT} - 1}
Analyse

Dans une cavité de volume VV, le nombre d'états d'onde stationnaire dans [ν,ν+dν][\nu, \nu+d\nu] (2 polarisations comprises) vaut 8πVν2dν/c38\pi V\nu^2 d\nu/c^3. Planck attribue à chaque mode l'énergie moyenne hν/(ehν/kBT−1)h\nu/(e^{h\nu/k_BT}-1) (statistique de Bose–Einstein ; les photons sont des bosons). En multipliant la densité d'états par l'énergie du mode puis en divisant par VV, on obtient la densité spectrale d'énergie u(ν,T)u(\nu,T).