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21世紀物理學三朵烏云,大統一物理理論構想

  • 物理
  • 2024-08-05

21世紀物理學三朵烏云?第二朵烏云出現在關于能量均分的麥克斯韋-玻爾茲曼理論上.——黑體輻射與“紫外災難”.19世紀末,盧梅爾等人的著名實驗―黑體輻射實驗,發現黑體輻射的能量不是連續的,它按波長的分布僅與黑體的溫度有關.為了解釋黑體輻射實驗的結果,物理學家瑞利和金斯認為能量是一種連續變化的物理量,建立起在波長比較長、那么,21世紀物理學三朵烏云?一起來了解一下吧。

物理學馬文蔚第七版答案

1、 近代物理學時期又稱經典物理學時期,這一時期是從16世紀至19世紀,是經典物理學的誕生、發展和完善時期。

近代物理學是從天文學的突破開始的。早在公元前4世紀,古希臘哲學家亞里士多德就已提出了“地心說”,即認為地球位于宇宙的中心。公元140年,古希臘天文學家托勒密發表了他的13卷巨著《天文學大成》,在總結前人工作的基礎上系統地確立了地心說。根據這一學說,地為球形,且居于宇宙中心,靜止不動,其他天體都繞著地球轉動。這一學說從表觀上解釋了日月星辰每天東升西落、周而復始的現象,又符合上帝創造人類、地球必然在宇宙中居有至高無上地位的宗教教義,因而流傳時間長達1300余年。

公元15世紀,哥白尼經過多年關于天文學的研究,創立了科學的日心說,寫出“自然科學的獨立宣言”——《天體運行論》,對地心說發出了強有力的挑戰。16世紀初,開普勒通過從第谷處獲得的大量精確的天文學數據進行分析,先后提出了行星運動三定律。開普勒的理論為牛頓經典力學的建立提供了重要基礎。從開普勒起,天文學真正成為一門精確科學,成為近代科學的開路先鋒。

近代物理學之父伽利略,用自制的望遠鏡觀測天文現象,使日心說的觀念深入人心。他提出落體定律和慣性運動概念,并用理想實驗和斜面實驗駁斥了亞里士多德的“重物下落快”的錯誤觀點,發現自由落體定律。

當代物理的烏云

這個問題百度百科上很清楚,跟大家推薦下《鬼臉歷史課》,作者用幽默的語言講述物理學的發展歷史,物理學大牛們的成長故事以及他們之間錯綜復雜的八卦故事,讀完之后對物理學的認知一定會有極大的進步。

經典物理學的三朵烏云是什么

物理學上空的兩朵“烏云”

熱力學泰斗開爾文男爵威廉·湯姆森,在物理學完善里傳統力學三大體系(經典力學、經典電動力學、經典熱力學),在一個演講中說“在已經基本建成的物理學大廈中,后輩物理學家只要做一些零碎的修補工作就行了……但是,在物理學晴朗的天空的遠處,還有兩朵小小的令人不安的烏云”

這便是當時兩個物理學上還未解決的難題。它們分別是:

一、光的傳播應該是有一種叫“以太”的介質;

二、黑體輻射實驗結果,與理論預測不一致。

然后正是這兩朵小小的烏云,動搖了傳統物理學的地基,甚至開啟了物理學冰山之下的探索——量子力學。

這兩朵烏云,開啟了兩個分支

一、麥克爾-莫雷實驗為了證實以太存在,但卻發現光的傳播不需要介質,且光速不變。后來愛因斯坦以此為基礎,提出相對論。

二、黑體,即它不反射別的光,它發出的均來之它自身的光,太陽、燒紅的烙鐵、黑暗中的人體,這些都可近似為黑體。黑體發出的光是由它熱量導致的,也就是熱輻射。

物理學未能找到理論去解釋黑體的發光曲線,普朗克通過拼湊公式的方法,找到了符合的“普朗克黑體公式”——E=hf,

其中f為頻率,h為普朗克常數——h=6.626x10^(-34)焦耳?秒

有了公式,如何去解釋呢。

基礎物理100年無突破

在1935年5月15日出版的美國《物理學評論》雜志上,愛因斯坦、波多爾斯基、羅森聯合發表了論文《能認為量子力學對物理實在的描述是完備的嗎?》,對量子力學的完備性等提出了質疑,并由此引出了量子力學中的一些矛盾。這就是著名的“愛-波-羅悖論”——用三人的姓氏簡稱為EPR悖論。由于當時沒有完全克服這個悖論,所以許多物理學家把它叫做物理學中的第三朵“烏云”,甚至有人把它稱為物理學的“20世紀的第三次狂飆”。這朵“烏云”,至今還沒有完全“抹去”。

21世紀最偉大的物理學發現

第一朵烏云出現在光的波動理論上,----邁克耳遜-莫雷實驗與“以太”說

光波為什么能在真空中傳播?它的傳播介質是什么?物理學家給光找了個傳播介質―“以太”,肯定了“以太”的存在,新的問題又產生了:地球以每秒30公里的速度繞太陽運動,就必須會遇到每秒30公里的“以太風”迎面吹來,同時,它也必須對光的傳播產生影響.這個問題的產生,引起人們去探討“以太風”存在與否.為了觀測“以太風”是否存在,邁克耳遜)與莫雷合作,在克利夫蘭進行了一個著名的“邁克耳遜-莫雷實驗”,但是實驗結果和卻以太漂移說相矛盾.使科學家處于左右為難的境地.他們或者須放棄曾經說明電磁及光的許多現象的以太理論.如果他們不敢放棄以太,那末,他們必須放棄比“以太學”更古老的哥白尼的地動說.

第二朵烏云出現在關于能量均分的麥克斯韋-玻爾茲曼理論上.——黑體輻射與“紫外災難”.

19世紀末,盧梅爾等人的著名實驗―黑體輻射實驗,發現黑體輻射的能量不是連續的,它按波長的分布僅與黑體的溫度有關.為了解釋黑體輻射實驗的結果,物理學家瑞利和金斯認為能量是一種連續變化的物理量,建立起在波長比較長、溫度比較高的時候和實驗事實比較符合的黑體輻射公式.但是,這個公式推出,在短波區(紫外光區)隨著波長的變短,輻射強度可以無止境地增加,這和實驗數據相差十萬八千里,是根本不可能的.所以這個失敗被埃倫菲斯特稱為“紫外災難”.它的失敗無可懷疑地表明經典物理學理論在黑體輻射問題上的失敗,所以這也是整個經典物理學的“災難”.

普朗克提出能量是一份一份的,解決了第一朵烏云

愛因斯坦提出光量子,解決第二朵烏云

然后出現了相對論和量子理論,也就出現了一大團烏云,比原來更密布

以上就是21世紀物理學三朵烏云的全部內容,第一朵烏云,主要是指邁克爾遜-莫雷實驗結果和以太漂移說相矛盾;第二朵烏云,黑體輻射與“紫外災難”三大發現是x射線發現,放射性的發現,電子的發現 三個理論是牛頓力學,量子理論。

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