21世纪物理学三朵乌云?第二朵乌云出现在关于能量均分的麦克斯韦-玻尔兹曼理论上.——黑体辐射与“紫外灾难”.19世纪末,卢梅尔等人的著名实验―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.为了解释黑体辐射实验的结果,物理学家瑞利和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、那么,21世纪物理学三朵乌云?一起来了解一下吧。
1、 近代物理学时期又称经典物理学时期,这一时期是从16世纪至19世纪,是经典物理学的诞生、发展和完善时期。
近代物理学是从天文学的突破开始的。早在公元前4世纪,古希腊哲学家亚里士多德就已提出了“地心说”,即认为地球位于宇宙的中心。公元140年,古希腊天文学家托勒密发表了他的13卷巨著《天文学大成》,在总结前人工作的基础上系统地确立了地心说。根据这一学说,地为球形,且居于宇宙中心,静止不动,其他天体都绕着地球转动。这一学说从表观上解释了日月星辰每天东升西落、周而复始的现象,又符合上帝创造人类、地球必然在宇宙中居有至高无上地位的宗教教义,因而流传时间长达1300余年。
公元15世纪,哥白尼经过多年关于天文学的研究,创立了科学的日心说,写出“自然科学的独立宣言”——《天体运行论》,对地心说发出了强有力的挑战。16世纪初,开普勒通过从第谷处获得的大量精确的天文学数据进行分析,先后提出了行星运动三定律。开普勒的理论为牛顿经典力学的建立提供了重要基础。从开普勒起,天文学真正成为一门精确科学,成为近代科学的开路先锋。
近代物理学之父伽利略,用自制的望远镜观测天文现象,使日心说的观念深入人心。他提出落体定律和惯性运动概念,并用理想实验和斜面实验驳斥了亚里士多德的“重物下落快”的错误观点,发现自由落体定律。
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物理学上空的两朵“乌云”
热力学泰斗开尔文男爵威廉·汤姆森,在物理学完善里传统力学三大体系(经典力学、经典电动力学、经典热力学),在一个演讲中说“在已经基本建成的物理学大厦中,后辈物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了……但是,在物理学晴朗的天空的远处,还有两朵小小的令人不安的乌云”
这便是当时两个物理学上还未解决的难题。它们分别是:
一、光的传播应该是有一种叫“以太”的介质;
二、黑体辐射实验结果,与理论预测不一致。
然后正是这两朵小小的乌云,动摇了传统物理学的地基,甚至开启了物理学冰山之下的探索——量子力学。
这两朵乌云,开启了两个分支
一、麦克尔-莫雷实验为了证实以太存在,但却发现光的传播不需要介质,且光速不变。后来爱因斯坦以此为基础,提出相对论。
二、黑体,即它不反射别的光,它发出的均来之它自身的光,太阳、烧红的烙铁、黑暗中的人体,这些都可近似为黑体。黑体发出的光是由它热量导致的,也就是热辐射。
物理学未能找到理论去解释黑体的发光曲线,普朗克通过拼凑公式的方法,找到了符合的“普朗克黑体公式”——E=hf,
其中f为频率,h为普朗克常数——h=6.626x10^(-34)焦耳•秒
有了公式,如何去解释呢。
在1935年5月15日出版的美国《物理学评论》杂志上,爱因斯坦、波多尔斯基、罗森联合发表了论文《能认为量子力学对物理实在的描述是完备的吗?》,对量子力学的完备性等提出了质疑,并由此引出了量子力学中的一些矛盾。这就是著名的“爱-波-罗悖论”——用三人的姓氏简称为EPR悖论。由于当时没有完全克服这个悖论,所以许多物理学家把它叫做物理学中的第三朵“乌云”,甚至有人把它称为物理学的“20世纪的第三次狂飙”。这朵“乌云”,至今还没有完全“抹去”。
第一朵乌云出现在光的波动理论上,----迈克耳逊-莫雷实验与“以太”说
光波为什么能在真空中传播?它的传播介质是什么?物理学家给光找了个传播介质―“以太”,肯定了“以太”的存在,新的问题又产生了: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.这个问题的产生,引起人们去探讨“以太风”存在与否.为了观测“以太风”是否存在,迈克耳逊)与莫雷合作,在克利夫兰进行了一个著名的“迈克耳逊-莫雷实验”,但是实验结果和却以太漂移说相矛盾.使科学家处于左右为难的境地.他们或者须放弃曾经说明电磁及光的许多现象的以太理论.如果他们不敢放弃以太,那末,他们必须放弃比“以太学”更古老的哥白尼的地动说.
第二朵乌云出现在关于能量均分的麦克斯韦-玻尔兹曼理论上.——黑体辐射与“紫外灾难”.
19世纪末,卢梅尔等人的著名实验―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.为了解释黑体辐射实验的结果,物理学家瑞利和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.但是,这个公式推出,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.所以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”.
普朗克提出能量是一份一份的,解决了第一朵乌云
爱因斯坦提出光量子,解决第二朵乌云
然后出现了相对论和量子理论,也就出现了一大团乌云,比原来更密布
以上就是21世纪物理学三朵乌云的全部内容,第一朵乌云,主要是指迈克尔逊-莫雷实验结果和以太漂移说相矛盾;第二朵乌云,黑体辐射与“紫外灾难”三大发现是x射线发现,放射性的发现,电子的发现 三个理论是牛顿力学,量子理论。