物理學史上的兩朵烏雲？

探馬

物理學史上的兩朵烏雲？

兩朵烏雲這個比喻很經典，幾乎是任何一本涉及物理學史的書上都要用的比喻。

經典物理學的革命-wiki

在1900年4月27日，開爾文勛爵在英國皇家研究所做了一篇名為《在熱和光動力理論上空的十九世紀烏雲》的發言，演講中開爾文聲稱：

動力學理論認為熱和光都是運動的方式，現在這一理論的優美和明晰，正被兩朵烏雲籠罩著。
——?開爾文勛爵《在熱和光動力理論上空的十九世紀烏雲》
開爾文所言的兩朵烏雲分別是指邁克耳孫-莫雷實驗測量的零結果和黑體輻射理論出現的問題。

開爾文對這兩個問題的在意程度反映了當時物理學界對物理學理論體系的普遍憂慮，但他很有可能沒有想到的是，這兩朵烏雲給物理學帶來的是一場突如其來的風暴，這場風暴顛覆了舊理論體系的框架，分別導致了二十世紀物理學的兩大理論體系：相對論和量子力學的誕生。

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這句話出自開爾文伯爵在皇家研究所的一次發言，裡面的兩朵烏雲指的是邁克耳孫-莫雷實驗和黑體輻射理論。邁克耳孫-莫雷實驗是對於以太風的測定。當時人們認為光是靠一種叫做以太的介質傳播，而且如果地球繞著太陽轉動，就會產生相對應的速度的以太風，所以會影響光的傳播。這個實驗模擬了這個過程。實驗的結果是光的傳播並不受到影響，進而以太風就不應該存在。對於實驗結果有很多解釋，知道愛因斯坦提出了光速不變原理並進而提出狹義相對論而很好的解釋。

另一個烏雲就是黑體輻射的理論。黑體輻射是指在熱平衡狀態下黑體發出的熱輻射。根據經典理論，對於黑體輻射人們提出了斯特潘-玻爾茲曼定律（黑體輻射能量正比於黑體溫度四次方），維恩位移定律（黑體輻射的波長和溫度之間是反比）等等。但是這些理論都與實際結果有些不符合。於是普朗克提出量子化的假設，進而提出普朗克黑體輻射定律。
後面還有能量均分定理和紫外災變，今天不說了太困了orz

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所謂「兩朵烏雲」，意思是天空晴朗時僅有的兩朵烏雲，也就是在事情一片大好時的小問題。

兩朵烏雲這個經典比喻正是提出於經典物理學一片大好之時，當時物理學界正發展到一個高度繁榮的程度，各領域完美自洽。

在19世紀末，經典物理進入黃金時代，經典力學、經典電動力學和經典熱力學緊緊地結合在一塊，構築起了一座華麗而雄偉的經典物理殿堂。當時的人們都相信，上帝造物的奧秘被他們所完全掌握了，再沒有遺漏的地方。物理學家們也開始相信，這個世界所有的基本原理都已經被發現了，物理學已經盡善盡美，它走到了自己的極限和盡頭，再也不可能有任何突破性的進展了。如果說還有什麼要做的事情，那就是做一些細節上的修正和補充，更加精確地測量一些常數值罷了。人們開始傾向於認為，物理學已經終結，所有的問題都可以用這個集大成的體系來解決，而不會再有任何真正激動人心的發現了。一位著名的科學家說，物理學的未來，將只有在小數點第六位後面去尋找。普朗克的導師甚至勸他不要再浪費時間去研究這個已經高度成熟的體系。

—摘自《上帝擲篩子嗎》

而當時高度繁榮的經典物理學領域並非毫無問題，困擾物理學家的還有兩個未能解決的難題。但是當時人們都被經典物理學的繁榮沖昏了頭腦，即使當時的兩個難題一直未能解決，物理學界也一直很樂觀的覺得這只是時間問題，經典物理學大廈仍然堅不可摧。1900年，著名物理學家開爾文男爵發表了他著名的演講，在演講中他首次提到「在物理學陽光燦爛的天空中漂浮著兩朵小烏雲」。

這兩朵「小」烏雲就是後來被證明不存在的以太研究，以及推倒經典物理大廈的黑體輻射問題。而正是這兩朵烏雲，卻成了摧毀物理學大廈的急先鋒。後來，普朗克提出普朗克常量解決了黑體輻射問題，光後來也被證明具有波粒二象性，以太根本不存在。兩朵小烏雲瞬間帶來狂風暴雨，經典物理學大廈被瞬間顛覆，物理學由此進入華麗的量子時代。

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