物理学史的两朵乌云

物理学史的两朵乌云4+4（1701）万遂By-威廉汤姆森1、光的波动理论2、关于能量均分的麦克斯韦-玻尔兹曼理论1、内容简介•一切力学现象原则上都能够从经典力学得到解释，牛顿力学以及分析力学已成为解决力学问题的有效的工具。对于电磁现象的分析，已形成麦克斯韦电磁场理论，这是电磁场统一理论。•作为一个完整的体系，那是建立得足够牢固的。而理论物理学正在明显地接近于几何学在数百年中所已具有的那样完美的程度。•开尔文对物理学成就的评价言之过激，但他能够在此万里晴空中发现“两朵乌云”并为之忧心忡忡，足见他富有远见。物理学发展的历史表明，正是这两朵小小的乌云，终于酿成了一场大风暴。一、第一朵乌云•内容：迈克耳逊－莫雷实验与“以太”说破灭•内容介绍1、迈克尔逊—莫雷实验介绍1、问题：当时认为光的传播介质是“以太”，由此产生了一个新的问题：地球以每秒30公里的速度绕太阳运动，就必须会遇到每秒30公里的“以太风”迎面吹来，同时，它也必须对光的传播产生影响。2、实验：①1887年，阿尔贝特·迈克尔逊（后来成为美国第一个物理诺贝尔奖获得者）和爱德华·莫立在克里夫兰的卡思应用科学学校进行了非常仔细的实验。目的是测量地球在以太中的速度(即以太风的速度)。•②假设以太相对于太阳静止，仪器在实验坐标系中相对于以太以公转轨道速度向右运动。光源发光经分光镜分光成两束光，光束1经反光镜M1反射再经分光镜投射到观测屏。•③•④理应发现有条纹的移动，并可计算出移动条纹的平均条数，但实际实验并未观察到条纹的移动，与现有理论不符。•⑤结论：大家认为麦克斯韦电磁理论支持光速不变。这实际上是个误解。该理论只是证明光速与真空电容率和真空磁导率存在数学关系，并不能证明真空电容率和真空磁导率在各个方向相同，或许因为以太存在，地球上真空电容率和真空磁导率在不同方向有细微差异。二、第二朵乌云•内容：黑体辐射与“紫外灾难”内容介绍：所谓“黑体”是指能够全部吸收外来的辐射而毫无任何反射和透射，吸收率是100%的理想物体。真正的黑体并不存在，但是，一个表面开有一个小孔的空腔，则可以看作是一个近似的黑体。因为通过小孔进入空腔的辐射，在腔里经过多次反射和吸收以后，不会再从小孔透出。•2、相关实验•19世纪末，卢梅尔（1860－1925）等人的著名实验―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来，这个实验的结果是不可思议的。•3、解释•①德国物理学家维恩建立起黑体辐射能量按波长分布的公式，但这个公式只在波长比较短、温度比较低的时候才和实验事实符合。•②英国物理学家瑞利和物理学家、天文学家金斯认为能量是一种连续变化的物理量，建立起在波长比较长、温度比较高的时候和实验事实比较符合的黑体辐射公式。•③从瑞利——金斯公式推出，在短波区（紫外光区）随着波长的变短，辐射强度可以无止境地增加，这和实验数据相差十万八千里，是根本不可能的。•4、新的灾难•这个失败被埃伦菲斯特称为“紫外灾难”。它的失败无可怀疑地表明经典物理学理论在黑体辐射问题上的失败，所以这也是整个经典物理学的“灾难”。•自己的一些体会：•1、还有许多难题等着我们去解决，要始终保持一颗探索的心去观察世界。•2、年轻人是科研的主力军，我们要发挥青年才智，现在努力学习科学知识，随时准备报效祖国。••参考文献：•J.D.杰克逊（Jackson）．JACKSON经典电动力学（下册）•物理大爆炸安东尼J莱格特•费恩曼物理学讲义费恩曼