物理学家|为何近百年的时间里,物理学几乎停滞不前?物理已走到尽头了吗?( 二 )


这一举动遭到了当时教会的反对 , 他们不顾伽利略年老体衰双目失明 , 将其软禁 , 而伽利略在软禁中走完了生命的最后一段路程 。
经典物理除了伽利略和牛顿 , 还有开普勒、卡文迪许、焦耳、安培、法拉第等 , 他们一步步地为物理大厦添砖加瓦 , 让人类的科学屹立不倒 。
两朵乌云1900年 , 著名物理学家开尔文发表新世纪演讲 , 高兴地宣布物理大厦已经基本建成 , 以后的物理学家们只需要不停地修饰大楼即可 。
然而当时谁也没有想到 , 两朵漂浮在上空的小乌云会颠覆经典物理 。 第一朵乌云是“以太”学说 。 以太是古希腊哲学家亚里士多德所设想的一种物质 。
经典力学中有一个理论为相对性原理 , 意识就是这个世界上没有绝对的静止 , 所有物理学上的运动都是有相应参照物的 。
然而如何确定“绝对运动” , 包括牛顿在内的物理学家们都没能找到合适的办法 , 最后只能臆想出一个“绝对空间” 。 麦克斯韦在发现电磁理论后 , 以太便成为了物化的的绝对空间 。
但是 , 美国物理学家迈克尔逊和莫雷在1887年利用干涉仪所进行的精密光学实验 , 都未能观察到所预期的以太相对于地球的运动 。
第二朵乌云是“紫外灾难” , 又称“麦克斯韦-玻耳兹曼关于能量均分的学说” 。 是指在研究黑体辐射的过程中 , 物理学家们推导出一个公式 。
它表明随着波长的变短 , 辐射强度可以无止境地增加 , 然而实验的结果却和这个公式完全不相符 。 最终 , 乌云的积累造成了雷暴 , 经典物理的大楼被轰然两声巨响震动 。
现代物理学第一声惊雷叫做相对论 , 提出者是当时的德国天才物理学家阿尔伯特·爱因斯坦 。 1905年 , 年仅26岁的爱因斯旦独自完成了狭义相对论的论文《论动体的电动力学》 。
而后的1915年11月 , 爱因斯坦提出了广义相对论引力方程的完整式 , 物理历史进入了新纪元 。 相对论是关于时间、空间和引力的理论 , 完全颠覆了经典力学在人们心中的常识 。
空间不再被局限于三维 , 时间也不再被规定于现在 , 一个新的概念被提到 , 那就是“时空” 。 根据其研究对象可分为狭义相对论和广义相对论 。
狭义相对论提出了狭义协变性原理 , 即时间和空间并非绝对独立存在 , 它们整体构成的时空体系不管在哪个惯性参考系中都是符合物理规律的 。
这意味着不管身处何处 , 物理规律都永远不变 。 所以这就引出了光速不变原理 , 真空中的光不管在任何参考系中都恒定不变 。
伽利略和牛顿的力学实验和理论都是建立在相绝对静止的情况下 , 空间与时间割裂 , 而爱因斯坦是在高速运动中总结出的结论 , 将我们引入到了一个新的领域——时空观 。
如果说狭义相对论是在惯性体系内 , 那么广义相对论则是物体间引力的相互作用 , 引力场是弯曲的的时空 。 广义相对论在天文学上意义非凡 , 第一次引入了黑洞这个概念 。


某些大质量恒星会终结为一个黑洞 , 时空中的某些区域发生极度的扭曲以至于连光都无法逸出 。
广义相对论还预言了引力波 , 后经证实存在 。 而广义相对论最大的贡献是爱因斯坦场方程 。
第二声惊雷名叫量子力学 , 奠基者是德国物理学家马克斯·普朗克 。 早年的普朗克一直在研究热力学第二定律 , 在19世纪末期注意到了黑体辐射问题 , 并在其中发现了普朗克辐射定律 。
他在此过程中提出了一个常数被后世称为普朗克常数 , 而这这套定律成为此后微观物理学中最基本的概念 。 从这一刻起 , 物体的运动不再是宏观的 , 而是细化到粒子大小的微观世界 。
这个世界和传统意义上的世界完全不一样 。 有趣的是 , 普朗克当初选择攻读物理的时候 , 老师劝他不要选择物理 。
因为当时正值经典物理发展的顶峰 , 大多数物理学家都抱着不再有新发现的想法 , 认为研究物理已经没有了大好的前途 。
然而普朗克说他只是对物理感兴趣想要学习 。 现在想想如果不是普朗克的坚持与热爱 , 不知道现代物理会晚多少年才到来 。
爱因斯旦和普朗克 , 并成为现代物理的奠基人 , 开辟了全新的物理 , 是20世界最伟大的物理学家 。 与他们同时期的其他物理学家 , 如玻尔、居里夫妇等人 , 一同书写了那个“疯狂”的时代 。
后爱因斯坦时代疯狂过后 , 一切归于平静 , 物理的发展似乎放慢了脚步 , 1955年 , 伟大的物理学家爱因斯坦逝世 , 人类步入了后爱因斯坦时代 。