近代物理学的几朵小乌云 24

本系列文章预计会有30个章节，这套文献将系统讲述物理学本身，这里是第四季第24篇

前几篇我们只谈论了三个科学领域，但这应该已经足以让我们体会到，在1700～1900年，科学的诸多领域是如何被纳入牛顿科学体系中的。

这一时期长达200年，其间许多不同的科学领域都出现了令人印象深刻的成果和发现。总的来说，到了1900年，多个学科都在快速发展。牛顿科学体系中具有普遍性的方法被证明极富成效。

到了大约1900年，有一种感觉是我们已经几乎完全了解自然，只剩下几个无足轻重的问题还有待解决。

万维钢说：十九世纪末到二十世纪初，世界各国普遍都在闹革命，用李鸿章的话来说叫“三千年未有之大变局”。这句话也适用于物理学的革命。这场革命是经典物理学和现代物理学的分界线。

牛顿和伽利略这些早先的物理学家都做出过非常漂亮的工作，但是他们的手段非常有限，对世界的观察比较被动。他们仰望星空可以，做实验就都很粗糙，无非是弄个滑块啊斜面啊之类，没有什么科技感。

而十九世纪末的欧洲，因为工业革命成功，是一个蒸汽朋克的时代。物理学家有了比较精密的仪器，有了人造光源，特别是可以玩电了，这才像个做实验的样子。

当时的数学工具也非常发达，微分方程、统计方法、包括非欧几何都已经很成熟了。

不过这时候的物理学还是牛顿的延续，还是经典物理学 —— 但是是很厉害的经典物理学。当时麦克斯韦的电动力学已经深入人心，人们已经知道分子和原子的存在，连热力学都是明明白白的。

物理理论自带一种美感，而且公式和实验结果特别吻合，经典物理学是非常精确的科学。

而物理学家看待世界的情绪，已经不再是好奇和敬畏了，而是统治：世间各种自然现象，现在我们的理论都能解释。

比如说“光”。古人研究光只能靠生活常识和简单的思辨。人们早就知道视觉是因为光进入眼睛，而不是眼睛会发射光。

人们知道光走直线，光可以互相交叉，光还能有能量，因为阳光照在身上暖洋洋的。牛顿还知道太阳光不是单纯的白色，可以分解成不同的颜色。可是光到底是什么东西呢？光的颜色是怎么来的呢？

麦克斯韦的电动力学出来以后，物理学家立即就知道了光就是电磁波，不同的颜色其实就是不同的波长和频率 [1]。无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线……它们都是同一种东西，唯一的区别就是频率不一样。

你看你会了这个知识，是不是有一种江山尽在掌握的感觉呢？

马克斯·普朗克在1875年上大学的时候，他的老师劝他不要学物理 —— 因为物理学已经很成熟了，盛宴已过，没有多少留给你研究的空间了。

于是1900年元旦这天，热力学之父、开尔文男爵威廉·汤姆森在一个演讲中说：“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”。

开尔文勋爵的谈到的这两朵比较重要，分别是对迈克尔逊-莫雷实验结果和黑体辐射理解上的某些问题。

事实上，对迈克尔逊-莫雷实验结果的理解有赖于爱因斯坦相对论的确立，而对与黑体辐射相关命题的理解，以及对后面要讨论的其他命题的理解，都有赖于量子理论的创立。

这些理论是现代物理学最重要的两个分支，两者都对牛顿科学和牛顿世界观的某些方面产生了举足轻重的影响。考虑到以上几点，开尔文所说的小乌云实际上一点都不小。

好，今天就到这里，后期我们详细谈谈迈克尔逊-莫雷实验结果和黑体辐射的问题。

Masir 2022/3/4

祝好运~