物理学家 从物理学的两朵乌云说起(1)


物理学家 从物理学的两朵乌云说起(1)
文章图片

物理学家 从物理学的两朵乌云说起(1)
文章图片

物理学家 从物理学的两朵乌云说起(1)

1900年4月27日 ,
当中国即将在一个多月后遭受八国联军的侵略之时 ,
伦敦马路边的咖啡店里 ,
人们正在兴致勃勃的谈论着巴黎举办的万国博览会 。
街上的报童叫卖着有关中国义和团的运动的报纸 。
同时 , 阿尔伯马尔街皇家研究所正在举办一场报告会 。
欧洲有名的科学家都齐聚一堂 ,
聆听着开尔文男爵名为《19世纪笼罩在热和光动力理论上空的乌云》的报告 。
 时年76岁的老头说到:
“动力学理论可以说明 ,
光和热都是运动的表现形式 。
但现在这一本以为优美的、明晰的理论 ,
却遭受了两朵乌云的遮蔽 ,
使得理论本身 ,
恐怕要黯然失色……”
“乌云”的比喻如此形象 ,
使得被后来人所铭记 。
物理所大厦本以为建立的完美无缺 ,
逻辑自洽 ,
但此时 ,
如同阳光灿烂的天空中飘来两朵乌云 。
这两朵乌云 ,
分别代表着经典物理在光以太和麦克斯韦-玻尔兹曼能量均分学说上遇到的难题 。
这里因为是做一点科普 ,
不讲太深奥的物理学知识 。
所以简单的介绍下这两朵乌云带给物理学的困境 。
 第一朵乌云是以太假说 ,
我们常识中知道 ,
波的传播需要介质 。
比如水波的传播要有水做媒介 ,
声波的传播要有空气做媒介 ,
只要离开了介质这些波都不能传播 。
那么光波呢?
太阳光穿过真空来到地球上 ,
其他几十亿光年以外的星星发出的光 ,
也是穿过宇宙的空间传到地球上 。
那么光波为什么能在真空中传播?
真空真的是空的吗?
光的传播介质是什么?
物理学家给光找了个传播介质——“以太” 。
当时 , 主流物理学界都是承认“以太”假说的 。
不仅光是由以太载体传统 ,
引力也是一样 , 是由“以太”传播的 。
物理学家还假定整个宇宙空间都充满了“以太” ,
所以“真空不空” 。
那么以太是什么呢?
“以太”是一种非常小的弹性球组成的稀薄的、感觉不到的媒介 。
一直到19世纪时 ,
麦克斯韦电磁理论中也把传播光和电磁波的介质说成是“以太” 。
可见“万能”的以太理论解释了众多的物理问题 。
“以太”既具有电磁的性质 , 又具有机械力学的性质 ,
可以说它是绝对静止的参考系 ,
一切运动都相对于它进行 。
因此 , 电磁理论和牛顿力学取得协调一致 。
可是 , 如果肯定“以太”的话 ,
新的问题又会产生:
地球以每秒30公里的速度绕太阳运动 ,
就会遇到每秒30公里的“以太风”迎面吹来 ,
如同我们在船上航行 , 迎面而来的空气也是相向运动 。
既然以太风吹来 ,
作为光传播的介质 ,
它也必须对光的传播产生影响 。
1887年 , 两位物理学家在克利夫兰进行了一个著名的实验:
“迈克耳逊-莫雷实验” ,
也叫“以太漂移”实验 。
实验结果表明:
不论地球运动的方向同光的发射方向一致或相反 ,
测出的光速都相同 ,
在地球与设想的“以太”之间并没有相对运动 。
因而 , 真空中并没有“以太”或“绝对静止的空间” 。
此实验的结果对否定“以太”的存在是毋庸置疑的 。
另一朵乌云是黑体辐射实验和理论的不一致 。
这个我们后面有机会慢慢说 ,
第一个问题导致了相对论革命的诞生 ,
第二个问题导致了量子论革命的诞生 。
开尔文当年的演讲 ,
如同预言一般 ,
使得这两朵乌云逐步电闪雷鸣 , 打破了经典物理的统治 ,
催生出更伟大壮丽的物理学大厦 。
下一节 , 我们说说黑体辐射实验 ,
【物理学家|从物理学的两朵乌云说起(1)】以及科学与玄学的思维对比 。

    推荐阅读