量子力学神秘的面纱(量子力学的诞生史)

1900年的4月27日,在英国伦敦阿尔伯马尔街的皇家研究所举行了一个报告会。对科学界来说,这可是一件大事情。其时,欧洲有名的科学家都赶到这里,聆听德高望重、然而却以顽固出名的老头子——开尔文男爵(开尔文本名汤姆逊)的演讲。当时。开尔文已经76岁。开尔文演讲的名字为:《在热和光动力理论上空的19世纪乌云》。开尔文说:“动力学理论断言,热和光都是运动的方式但现在这一理论的明晰性和优美性却被两朵乌云遮蔽,显得黯然失色了……”这个“乌云”的比喻后来变得如此出名,以致于几乎在每一本关于物理史的书籍中都被反复地引用,成了一种模式化的陈述。联系到当时人们对物理学大一统的乐观情绪,许多时候这个表述又变成了“在物理学阳光灿烂的天空中漂浮着两朵小乌云”。这俩朵乌云,第一朵乌云是迈克尔——莫雷实验,这个实验意在测出以太对于地球的相对速度,大致就是用干涉仪来测出俩条光线的时间差(具体的不赘述,不是本篇文章研究的重点),但是,经过多次测量,俩束光线并没有表现出任何差值,这就对当时的以太论提出质疑。

量子力学神秘的面纱(量子力学的诞生史)(1)

​ 另一朵乌云是黑体辐射实验所得出的实验与理论不相符。

量子力学神秘的面纱(量子力学的诞生史)(2)

黑体概念图​ 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。怎样解释黑体辐射实验的结果呢?当时,人们都从经典物理学出发寻找实验的规律。前提和出发点不正确,最后都导致了失败的结果。例如,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。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。但是,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。所以这个失败被埃伦菲斯特称为“紫外灾变”,这个名词确实很适合在科幻小说中出现。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”。

这俩朵乌云,第一朵引发了相当论革命,第二朵引发了量子论革命。

不知道开尔文在地下对其一语成谶有何感想?

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