量子度量 一、烏雲背後的烏雲

量子度量

一、烏雲背後的烏雲

量子理論和相對論是現代物理的兩大理論支柱，他們出現的一百多年裡經過了各種檢驗和實驗驗證，證明了兩大理論的正確性。並且運用兩大理論的一部分發明創新已經開始造福人類。一百多年前，兩大理論的提出是為了解決物理學中存在的小問題，然而令人措手不及的是，新理論的誕生卻帶來了更多的問題。

一、烏雲背後的烏雲

1900年4月27日，英國著名物理學家威廉湯姆生（即開爾文男爵），在英國皇家學會發表的名為《在熱和光動力理論上空的19世紀烏雲》演講，開爾文男爵樂觀地指出，物理大廈已經完成，所剩的只是一些修飾工作，同時他還富有遠見地指出，在物理學陽光燦爛的天空中飄浮著兩朵烏雲。第一朵烏雲主要是指麥可遜莫雷實驗。這個實驗中得出了光速不變的結論。（實驗結論與以太漂移矛盾），第二朵烏雲主要是指黑體輻射實驗數據與理論不相符。

後來的故事，所有人都沒有準備好接受，其中包括新理論的創立者。所謂的烏雲變成火種，變身為導火索，直接引爆了物理學新革命。在烏雲說提出後不久，量子理論和相對論相繼誕生。1900年底，德國物理學家馬克斯-普郎克發表了《黑體光譜中的能量分布》，普郎克大膽假設，能量的吸收與輻射是一份一份的，普朗克把這一份一份的能量稱為量子，量子就是能量的最小單位、最基本的單元，通過這種假設計算得到的數據與實驗數據十分吻合，但是，這個假設是如此的顛覆常識。由他推廣開去得到的更多結論更是匪夷所思。以至於量子假設的提出者普朗克也難以接受。還有一個人-愛因斯坦，至死也沒有完全接受量子理論。阿爾伯特-愛因斯坦，另一場物理革命的發起人，也是量子理論的奠基人之一。猶太裔物理學家。1905年，愛因斯坦發表了《論動體的電動力學》，提出了狹義相對論。十年後，19016年，愛因斯坦發表了《廣義相對論基礎》。至此，愛因斯坦幾乎是憑一人之力創立了相對論，改變了人類對世界的認知。

隨著兩朵烏雲被撥開。按道理，物理學家應該欣喜才是，但是，兩大理論誕生之日起，一直存在著爭論，更多的問題冒了出來。這一次不再是小烏元，而是遮天蔽日的大霧。物理學在在迷霧中摸索，雖然發起了一次又一次的衝擊，但問題卻依然存在。新理論帶來的摧枯拉朽的狂風暴雨，一次又一次的衝擊著人類信仰的基礎。

量子理論和相對論各有各的問題，兩大理論之間更有難以調和的衝突。

兩朵烏雲

一、黑體輻射理論算出紫外災難。

19世紀末，瑞利根據經典的統計理論得到了瑞利公式，關於熱輻射的能量分布公式，，後金斯修改得到了瑞利-金斯公式，瑞利-金斯公式在長波與實驗結果相符，但是在短波範圍能量密度則迅速上升，出現能量密度無窮大的結論，這從實驗結果相矛盾，顯然是荒謬的。

普朗克引入能量子假說，獲得了一個和實驗結果一致的公式，完美的解釋了黑體輻射，能量輻射和吸收是一份一份地，並給出了量子的值，這是一個極小的值。

二、麥可遜-莫雷實驗。

經典物理學家為了解釋光速，引入了以太，一種絕對靜止的參考系，為了尋找以太，麥可遜和莫雷用邁克遜幹涉儀，做了測試兩垂直光的光速差值的著名實驗，實驗結論是光速不變。

愛因斯坦從光速不變出發。推導出洛倫茲變換，終結了絕對時空，這就是狹義相對論，後來愛因斯坦把光速不變推廣到非慣性系，得出了廣義相對論。

未完待續

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