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物理學在發展過程中有出現過危機,以致於引發了物理學革命

物理學在為我們解釋周邊物質世界的同時,也為我們營造出了內容豐富、思維縝密、不斷創新、妙趣無窮的理論方法和實驗體系。20世紀的近代物理學革命與19到20世紀之交的物理學形勢相關,那時物理學上空有兩朵所謂烏雲

自從17世紀,經典物理學在牛頓手裡建立起來以來,經過兩百年的發展之後,到了19世紀,經典物理學已經取得十分巨大的成就,這使得19世紀末的物理學堅信,物理學已經日臻完善。在19世紀與20世紀之交時,著名物理學家開爾文發表了一個十分有名的演講,他表示,物理學大廈已然建成,以後只要做細一些簡單的補充就行。但開爾文同時也指出,物理學上空還飄著兩朵烏雲,一朵與以太假說有關,還有一朵與黑體輻射理論有關。

關於以太假說

17世紀的笛卡兒是一個對科學思想的發展有重大影響的哲學家,他最先將以太引入科學,並賦予它某種力學性質。

在笛卡兒看來,物體之間的所有作用力都必須通過某種中間媒介物質來傳遞,不存在任何超距作用。因此,空間不可能是空無所有的,它被以太這種媒介物質所充滿。以太雖然不能為人的感官所感覺,但卻能傳遞力的作用,如磁力和月球對潮汐的作用力。

關於黑體輻射理論

基爾霍夫輻射定律(Kirchhoff),在熱平衡狀態的物體所輻射的能量與吸收的能量之比與物體本身物性無關,只與波長和溫度有關。按照基爾霍夫輻射定律,在一定溫度下,黑體必然是輻射本領最大的物體,可叫作完全輻射體。

事實上,這兩朵烏雲在20世紀初成了經典物理學面臨的最大危機。最終,這場危機導致經典物理學大廈轟然倒塌,由此誕生了現代物理學的兩大基礎——相對論和量子力學。

在第一朵烏雲中,邁克爾遜-莫雷實驗否定了以太,由此動搖了經典物理學的絕對時空觀。愛因斯坦以此為基礎,創立了狹義相對論,後來又進一步創立了廣義相對論。

在第二朵烏雲中,黑體輻射實驗表明,熱輻射的能量被發射出來與吸收時,並非像經典物理學描述的那樣是連續的,而是一份一份的。普朗克以此為基礎,提出了量子假說,最終誕生了量子力學。

那麼,現代物理學經過100年的發展之後,是否也有面臨危機呢?

到現在為止,物理學家還沒有人像19世紀20世紀驚呼物理學的危機。相對論和量子論在科學各個領域的擴展與應用,雖然已經取得了很大成功,但科學永無止境,沒有到非常完善的成動,看來一直作為精密科學典範的物理學還是魅力未減,作為其他經驗科學基礎的地位短時期還不會改變。現在我們的科學技術發展的重心開始向生命科學,向信息科學等傾斜,但是物理學依然是基礎,數學依然是基礎,是重要的工具,這一點並沒有改變。

物理學在發展過程中,是經歷多次過危機,並且,每一次危機,都有對大自然客觀宇宙,新的發明、新的創造、新的碩果,都推動和向前發展了物理學,進入了一個更高的層次!

牛頓建立了經典力學體系;愛因斯坦發現不足,建立了相對論,波爾建立了量子力學;但兩者不能統一,而為全世界各國眾多科學家,提出了一個宇宙統一大理論中的「疑難問題」!

就目前來看,現代物理學上空也飄蕩著兩朵烏雲——暗物質和暗能量。至於這兩朵烏雲能否引發新的物理學革命,目前還不得而知。

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