摘 要:19世纪末经典物理学出现了危机,因为经典物理学的理论无法解释新发现的重大物理知识,从而引发物理学革命,为现代物理学的到来埋下伏笔。本文以历史事实为绳,以历史时间顺序为轴,从三方面写起。第一,经典物理学;主要是写17世纪初到19世纪末的物理学萌芽阶段到经典物理学理论的建立。第二,物理学危机;迈克尔逊-莫雷实验和黑体辐射实验的零结果,引发经典物理学理论的困难,而物理学三大发现的出现则直接冲垮了经典物理学理论,经典物理学就此进入危机。第三,物理危机的意义;物理学危机之后,物理学进入现代物理学,现代物理学对人们的衣食住行及生命健康、生活条件乃至科技发展等等都有积极的意义,危机的出现,也是挑战和机遇的到来,本文对挑战和机遇的到来时的把握有一定的研究,可以为大家借鉴。
关键词:19世纪末;经典物理学;物理学危机;挑战;机遇
19世纪末经典物理学理论产生困难,物理学进入危机,其实不是物理学的危机,而是物理更新的革命,是对过去经典的质疑和对真理的不懈追寻。经典物理学危机的出现,对物理学乃至整个科学界都有积极的意义。
1 经典物理学
在经典物理学建成之前,是经验物理,是物理学的萌芽阶段,是劳动人民从事生产活动中总结出来的经验,主要是通过对物体的观察和哲学的思辨 。那时与生产劳动息息相关的,声、光、天文等物理知识得到较快的发展。当时中国在这些方面的研究都处于世界领先地位,和古希腊形成了两个东西不同文化的世界文化中心。
随着资本主义国家的建立和工业革命的到来,资本主义国家经济得到快速发展,促进各类文化的进步,其中物理学科发展比较迅速,科学的实验和严密的数学推导,形成了比较完整的物理体系。到了19世纪末时,经典力学、热力学、统计物理学和经典电磁场的理论都已经比较成熟和完善,多种物理学的发展使物理学的发展达到了它的颠峰。经典物理学体系的大厦就此建成。
2 经典物理学危机
经典物理学体系的建立,标志一个科学时代的来临。19世纪是经典物理学最辉煌的时代,很多物理理论的建立和很多重大物理发现都发生在这个时代,造就了很多有名的物理学家。科学技术发展的迅速并产生了广泛的社会影响,由光学、热学、电磁学、力学和声学构建经典物理学的大厦。也可以说19世纪是经典物理学最辉煌的时代。
到19世纪末期时,物理学的发展已经趋于成熟的阶段。物理学的卓越成就,使得一大部分的物理学家已经失去了研究的动力,认为物理学的发展已经达到了饱和状态,已经没有了发展的空间。于是他们沉沦在过去的成果中,认为以后的物理已经没有了大的发现了,物理学基本框架已经建成,以后只需把数据等算得精确一点就行了。
当时很多物理学家都没有意识到,经典物理学理论体系本身就存在问题。随着经济的发展和科学的进步,到20世纪初时,精密、大型仪器引入生产,这时物理学呈加速发展状态。但经典物理学理论体系的不足,也逐渐呈现出来。第一个质疑经典物理学理论体系的是,1887年的迈克尔逊-莫雷的“以太”实验,第二个是黑体辐射实验。
第一个“以太”实验是随着光的波动理论而开始出现的。物理学家菲涅耳和托马斯·杨研究过这个理论,它有这样一个问题:地球是如何通过“以太”这样的弹性固体而又对光产生影响的呢?这个实验的新发现与经典力学、电磁学、气体分子运动论的理论产生了困难。而经典力学的相对性原理,认为空间中绝对静止和绝对匀速运动物体都是不存在的,都是相对于某一参考系的相对运动。牛顿也充分意识到了确定“绝对运动”的困难,但为了完整解决万有引力的传播介质,最后只能复活了“绝对空间”的存在作为避难所,因此,也间接的接受了麦克斯韦的电磁场理论。就这样,“以太”就成为一切物体运动的参考系。既然“以太”是一种物质,或者说它象征物理与化学的绝对空间,那么就可以通过实验测出它是一切物体运动的参考系。但是,1887年美国的两位物理学家迈克尔逊和莫雷利用干涉仪所进行的精密光学实验,得到的却是否定的结果,根本找不到“以太”的存在。
第二个黑体辐射实验涉及到经典物理学的一部分。当时,为了获得准确的解释黑体辐射实验的结果,德国物理学家维恩、英国物理学家瑞利和金丝,他们从实验推导出的黑体辐射公式,是不正确的。因为出发点不正确,他们只建立在波长比较短、温度比较低或波长比较长、温度比较高的局限条件下是正确的,但相反条件时,结果却相差十万八千里,是根本不可能的。
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本文标题:浅谈19世纪末20世纪初的物理危机
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