物理学领域里著名的“两朵乌云”

业界 | 2022-06-10 08:48:43
时间:2022-06-10 08:48:43   /   来源: 解放军报      /   点击数:()

19世纪,以经典力学、经典电磁场理论和经典统计力学为支柱的经典物理学体系达到顶峰。那时候,科学家普遍认为,在牛顿力学基础上形成的经典力学体系是万能的,是物质世界最终的真理。此时,“两朵乌云”飘来,酿成了一场足以颠覆当时物理学理论体系框架的大风暴。这“两朵乌云”,就是两个“失败实验”——以太飘移实验和黑体辐射实验。

以太,是被当时科学界普遍认为的光、电、磁在真空中传播的媒介。科学家们认为:当地球绕着太阳运动时,就会遇到“以太风”以同样的速度迎面吹来,同时,它也必然会对光的传播产生影响。为了探究“以太风”是否存在,1887年,物理学家迈克尔逊和莫雷合作,在克利夫兰进行了一次以太飘移实验。实验表明,地球跟设想的以太之间没有相对运动,也就是说找不到以太。这从一个侧面证明了光速的恒定性,为狭义相对论的诞生奠定了基础。

所谓黑体,是一种可以全部吸收外来的辐射而无反射和透射的,吸收率为100%的理想物体。19世纪末,卢梅尔等人通过黑体辐射实验发现,黑体辐射的能量不是连续的,它按波长的分布仅与黑体的温度有关。从经典物理学的角度看,这个实验的结果是不可思议的。为了解释黑体辐射实验的结果,英国物理学家瑞利提出一个关于热辐射的公式(即瑞利-金斯公式),并推导出了一个和实验数据相差十万八千里的根本不可能的结果。它的失败表明了经典物理学理论在黑体辐射问题上的失败。

事实上,除了这两个著名的“失败实验”之外,还有其他几朵“小乌云”。比如光电效应问题、原子的线状光谱问题等。

后来,随着X射线、放射性以及电子的发现,经典物理学的主导地位已岌岌可危。困境就是突破的前夜,此时的物理学上空已是乌云密布,危机四伏。一场空前的物理学大革命紧接着就爆发了,新一代科学精英逐渐走向前台,向旧权威发起了猛烈挑战。

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