邮票上的物理学史_19世纪与20世纪之交

盘点19-20世纪之交的科学重大发现19-20世纪之交是物理学发展史上不平凡的时期，堪称物理学的黄金时代。

这一期间的物理学有许多新的发现，这些发现与经典理论存在着不可调和的矛盾，迫使人们冲破原有理论框架的束缚，从新的视觉探索理解物质世界，从而诞生了相对论和量子理论。

现在我们就来盘点一下这个时期的重大发现。

1. 1895年伦琴发现X射线2. 1896年贝克勒尔发现放射性3. 1896年塞曼发现磁致光谱线分裂4. 1897年汤姆生发现电子5. 1898年卢瑟福发现α射线6. 1898年居里夫妇发现放射性元素钋和镭7. 1899-1900年卢梅尔和鲁本斯等人发现热辐射能量分布曲线偏离维恩分布率8. 1900年维拉德Gamma射线9. 1901年考夫曼发现电子的质量随速度增加10. 1902年勒那德发现光电效应基本规律11. 1902年里查森发现热电子发射规律12. 1903年卢瑟福发现放射性元素的蜕变规律1.1895年伦琴发现X射线X射线的发现过程，是一个充满偶然性的故事。

1895年，德国物理学家威廉·康拉德·伦琴进行有关密封玻璃管里的发光现象的研究——在装有两个电极的真空玻璃管（雷钠管）的电极上实加高电压放电。

这项实验在当时并不是新鲜事，有很多人感兴趣研究，一加高电压，雷钠管内就会发光，但是对于为什么发光却一直是一个谜。

1895年11月8日下午，伦琴和夫人吃完了饭，回到实验室再次观察雷钠管的发光现象。

他从架子上拿了一只雷钠管，用黑色纸套把它严严实实地包了起来。

接着，他关上门窗，把房间弄黑，然后给管子接通高压电源，让管子放电，以便检查黑色纸套是否漏光。

正当他准备开始正式实验时，突然发现一种奇异的现象：附近的小工作台上有一块涂了氰亚铂酸钡的纸板发出了一片明亮的荧光。

切断电源，荧光随之消失。

伦琴发现这一现象后，又仔细观察了产生这种现象的原因。

他用10张黑纸包着玻璃管，氰亚铂酸钡纸板照样出现荧光；如果把厚铅板夹在里面隔开玻璃管和荧光纸板，亮光就突然消失了，当铅板一拿开，又重新发亮。

自然科学刚跨入20世纪，物理学领域内首先掀起了革命的浪潮。

19世纪末，物理学实验上的一系列重大发现，冲击着经典物理学的连续观念、绝对时空观念和原子不可再分的观念，使原有的经典理论显得无能为力。

这一冲击，对当时的物理学家们的影响是很大的。

因为19世纪40年代以后，由伽利略和牛顿奠定基础的古典物理学理论，由于海王星和能量守恒原理的发现，法拉第、麦克斯韦电磁理论的辉煌成就以及分子运动论的建立，在科学的各个领域中所向披靡，包罗了大至日月星辰，小至原子、分子的物理世界，从而使当时不少物理学家认为物理理论已接近最后完成，今后只需在细节上作些补充和发展，在小数点第六位上做文章。

著名的德国物理学家基尔霍夫（1824—1887）说：“物理学将无所作为了，至少也只能在已知规律的公式的小数点后面加上几个数字罢了。

”世界著名物理学家开尔文（1824—1907）也认为：“在已经建成的科学大厦中，后辈物理学家只能做一些零碎的修补工作了。

”但是，他又敏锐地发现，在物理学晴朗的天空里，还有两朵小小的令人不安的乌云，这就是迈克耳逊-莫雷实验和黑体辐射实验。

它们的存在引起许多著名的物理学家的不安。

世纪之交的新挑战19世纪80年代以后，物理学的经典理论不断完善，与此同时，物理学实验上却陆续发现一些重大的结果。

至少有7个重大发现，不但旧理论无法解释，有的还导致观念上的更新。

第一个实验是1887年赫兹（1857—1894）在验证麦克斯韦（1831—1879）预言电磁波存在的实验过程中，发现了光电效应。

按照经典理论，从金属表面逸出电子的数目与光的强度有关，而与光的频率无关。

这一矛盾，赫兹无法解释，但他仍以“论紫外光对放电现象的效应”为题发表论文，描述了这一现象和结果，向物理学经典理论发起了挑战。

第二个实验是1887年的迈克耳逊-莫雷实验。

这一结果使持有光是“以太”中的波动这一观点的人大失所望，连迈克耳逊本人也不了解这一实验结果的重要意义。

19—20世纪之交物理学的新发现和物理学革命§5.1 历史概述19世纪末，物理学已经有了相当的发展，几个主要部门——力学、热力学和分子运动论、电磁学以及光学，都已经建立了完整的理论体系，在应用上也取得了巨大成果。

这时物理学家普遍认为，物理学已经发展到顶，伟大的发现不会再有了，以后的任务无非是在细节上作些补充和修正，使常数测得更精确而已。

然而，正在这个时候，从实验上陆续出现了一系列重大发现，打破了沉闷的空气，把人们的注意力引向更深入、更广阔的天地，从而揭开了现代物理学革命的序幕。

从伦琴发现X射线的1895年开始，到1905年爱因斯坦发表三篇著名论文为止，在这10年左右世纪之交的年代里，具有重大意义的实验发现如下页表。

这一系列的发现集中在世纪之交的年代里不是偶然的，是生产和技术发展的必然产物。

特别是电力工业的发展，电气照明开始广泛应用，促使科学家研究气体放电和真空技术，才有可能发现阴极射线，从而导致了X射线和电子的发现，而X射线一旦发现，立即取得了广泛应用，又掀起了人们研究物理学的热潮。

所以，随着X射线的发现而迅速展开的这一场物理学革命，有其深刻的社会背景和历史渊源。

本章将分三个方面介绍与物理学革命关系最密切的一些实验发现。

§5.2 X射线和电子的发现X射线、放射性和电子是世纪之交的三大发现。

由于电子的发现直接与阴极射线的研究有关，我们先讲这件事。

放射性的发现打开了核物理学的大门，因此留到第十一章再讲。

5.2.1 电子的发现阴极射线是低压气体放电过程出现的一种奇特现象。

早在1858年就由德国物理学家普吕克尔（JuliusPlücker，1801—1868）在观察放电管中的放电现象时发现。

当时他看到正对阴极的管壁发出绿色的荧光。

1876年，另一位德国物理学家哥尔茨坦（Eügen Goldstein，1850—1930）认为这是从阴极发出的某种射线，并命名为阴极射线。

在伽俐略取得成功后，光学仪器不断出现，⽽且精确度也越来越⾼，为进⾏⾁眼观察范围以外的科学研究创造了可能性，⼈类开始对宇宙及显微镜下的⽣物进⾏研究。

上⾯展⽰的是18、19世纪的测量仪器：波达反射盘、反射望远镜、双⽬显微镜和天分仪。

JeanCharlesdeBorda(1733-1799),法国数学家、航海天⽂学家，设计了包括波达反射盘在内的许多仪器。

他与Delambre和Mechain⼀起，于1790年利⽤这⼀仪器测量了法国敦克尔克与西班⽛巴塞罗那之间的弧长。

Borda最突出的贡献是他在⽔⼒学⽅⾯的研究，强有⼒地⽀持了公制的使⽤，并率先提出了“⽶”这⼀长度基本单位。

⼤不列颠皇家显微镜协会在1989年150周年志庆时发⾏了⼀套邮票，图案都是放⼤了5⾄600倍的物体的图像：雪花、苍蝇、⾎液细胞和微芯⽚。

公制起源于法国，由于⼗进制的⼴泛使⽤，公制也在世界性的科学与商业活动中被视为测量标准。

1875年在巴黎召开的重量与尺⼨⼤会上，包括美国在内的18个国家签署了“⽶条约”，确定了“⽶”的地位。

许多国家都发⾏了纪念“⽶条约”签署100周年的邮票，瑞典的邮票上只有简单的卷尺，法国的邮票上不仅有条约上的签名，还有被公制的单位包围着的氪86原⼦。

瑞⼠的邮票上是⼀根别具⼀格的⽩⾦棒和极有特⾊的氪放射线。

许多国家使⽤公制已经超过百年，巴西就1862年起使⽤，墨西哥于1857年，其他⼀些国家则使⽤了不久，如⽇本于1959年，韩国于1964年。

Charles-EdouardGuillaume(1861-1936)瑞⼠科学家，在国际重量与尺⼨局⼯作了逾50年，主要负责温度计的标度。

他发现名为不胀钢的⼀种镍钢合⾦可以不受温度的影响，这对仪器在精确度上的发展有重要意义。

他的这项发现及此发现的⼤量应⽤使他获得了1920年的诺贝尔物理学奖。

法国与芬兰联合发⾏了⼀套邮票纪念1736年法国同时前往南美的⾚道与拉普兰的极点进⾏探险，发现了地球的形状，即我们今天所知的圆形。

第19卷第2期大　学　物　理Vol.19No.22000年　2月COLL EGE PHYSICS Feb.2000邮票上的物理学史连载邮票上的物理学史 µυ———麦克斯韦的电磁理论秦克诚(北京大学物理系,北京　100871) 法拉第丰硕的实验成果和他新颖的场的观念为电磁现象的统一理论准备了条件.完成这一历史任务的是卓越的英国物理学家麦克斯韦(1831～1879年).图1的邮票是圣马力诺1991年发行的纪念无线电百年系列邮票中的第一张.溯本探源,无线电的发明当然得从麦克斯韦电磁理论的提出算起.图中的花体字母是C =J +D ,程.图2是发行这张邮票的首日邮戮.在麦克斯韦建立他的电磁理论之前,诺埃曼、韦伯等德国物理学家,继承了安培的超距作用观点,对电磁现象的研究作出过不少贡献,形成了电动力学的所谓大陆学派.但是,他们企图在力学的框架内理解电磁现象,提出各种复杂的相互作用“势”来描述电磁过程,理论繁复而不自然,未能建立起一个统一的理论体系.而麦克斯韦则继承了法拉第的近距作用观念,取得了决定性的进展.麦克斯韦走了三大步才建立起电磁理论,前后共历时十余年.他一开始就把注意力集中到法拉第的力线上.1856年,他发表了电磁理论方面第一篇论文“论法拉第的力线”,在开尔文对热传导现象、流体运动和电磁力线的类比研究的基础上,首次试图将法拉第的力线概念表述成精确的数学形式.他在文中给出了电场和磁场的已知定律的微分关系式.1862年,他发表第二篇论文“论物理的力线”.在这篇论文中,他提出一个分子涡流以太模型,基于这个模型,通过数学计算可以得出电学和磁学中全部已知的基本定律,除此之外,麦克斯韦还在这个模型的基础上引入了“位移电流”的概念:变化电场引起介质电位移的变化,这种变化与传导电流一样在周围的空间激发磁场.位移电流概念完全是麦克斯韦的独创(而且是在没有任何实验提示的情况下,只是为了保证理论的自洽性———与电荷守恒定律兼容而大胆引入的),因此,麦克斯韦电磁理论决不仅仅是法拉第的思想的数学精确化.提出位移电流不但保证了理论的自洽性,而且使理论具有一种对称性:变化的电场在周围的空间激发涡旋磁场,变化的磁场在周围的空间激发涡旋电场,这就为脱离场源而交互变化的电场和磁场———电磁场的独立存在提供了依据.电磁场是一种新型的波动,以横波的形式在空间传播,形成所谓电磁波.1865年,他发表了第三篇论文“电磁场的动力理论”,在这篇论文中,他不再用他过去提出的以太模型,而是通过数学解析方法,总结了今天以他的名字命名的电磁场基本方程图.图3是尼加拉瓜(1971年)的“改变世界面貌的10个公式”邮票中关于麦克斯韦方程组的一张.由这个方程组他推出电磁场所满足的波动方程,预言了电磁波的存在.由于算出的电磁波在真空中的传播速度与真空的光速相同,麦克斯韦断言光就是频率在某一范围内的电磁波,建立了光的电磁理论.麦克斯韦先用以太模型导出新的电磁场方程组,然后又敢于舍弃原来的力学比拟,让电磁场理论从机械论框架中解放出来,成为独立的物理对象,这是麦克斯韦的伟大之处.有人曾这样比喻:对麦克斯韦来说,机械模型就好像建筑高楼大厦时的脚手架,楼房建好之后,脚手架就一点一点被拆掉了.回顾电与磁的联系的发现经过是很有意思的:最开始是奥斯特发现持续电流的磁效应,得到了磁场的两个源中的一个(麦克斯韦方程组的第四方程的一半).人们以为有逆效应存在,多方寻觅,在实验上发现的却是瞬态的磁场变化能够产生电场(方程组中的第三方程).然后出于自洽和对称的考虑,从理论上提出位移电流,得到第四方程的完整形式.再以后,在相对论中,通过洛伦兹变换可以从电场得出磁场,两种“不同”的自然力就完全统一了.1865年后,他辞职退隐庄园养病.此后他把主要精力放在整理、总结电磁场理论上.1873年,他出版了经典名著《电磁理论》.1879年,他在长期患病后与世长辞,终年才48岁.如果他能多活9年,就能亲眼看到自己的理论被赫兹的电磁波实验证实了.图4是墨西哥1967年为纪念在墨西哥城举行的国际电信会议发行的邮票,上面有麦克斯韦和赫兹的肖像.无线电波在通讯上的各种应用,当然是和麦克斯韦和赫兹的名字分不开的.法拉第和麦克斯韦的电磁学强调了电磁场的实在性,电磁场是物理场的第一个实例.从麦克斯韦理论可得,电磁场和实物一样,具有能量和动量,电磁波的动量会在它照射的表面上产生一个辐射压强.既然光也是电磁波,那么光也会对被它照射的物体施加压力(光的粒子说也提出了光压的概念,开普勒就曾用它解释太阳光对彗尾的推斥).俄国物理学家列别捷夫(图5,苏联1951年)于1910年实验测出光压,在实验误差范围内与麦克斯韦预言之值相等,从而为光的电磁理论提供了实验证据.除了电磁理论以外,麦克斯韦还在别的许多方面做出重要的贡献.他提出土星的光环是由许多小颗粒组成的,而不是固体或流体结构.后者会在引力和离心力的作用下瓦解,只有前者才能保持稳定.在热力学中,他系统表述了各个热力学变量的偏导数之间的一些关系式,现称为麦克斯韦关系式.他提出了“麦克斯韦妖”的著名佯谬,深化了对热力学第二定律的理解.他与克劳修斯和玻尔兹曼同为气体分子动理论的创始人,提出了以他的名字命名的气体分子的速度分布定律,并根据这一定律推算出气体分子的平均自由程.他首先建议,应当采用一种由少数基本单位有系统地建立起来的协调一致的(coherent)单位制,即从基本单位推出导出单位时,其比例常数为1,以减少计算的繁复和消除产生错误的源泉.后来采用CGS单位制就是采纳他的意见和结果.他在剑桥创办了著名的卡文迪什实验室,并担任首任主任.他还编辑出版了卡文迪什的手稿.麦克斯韦的电磁理论实现了电、磁和光现象的统一,这是自从牛顿实现天上和地上的运动的统一以后物理学中第二次大统一.麦克斯韦的电磁学是人类知识宝库中一份博大精深的科学遗产,其历史地位完全可以和牛顿的力学媲美.麦克斯韦可说是除牛顿和爱因斯坦以外第三位最伟大的物理学家.不过,有关麦克斯韦的邮票却不多,迄今笔者只见到上面三张.邮票不是选票,其数量并不与学术地位和历史业绩成正比.美国物理学家费曼对麦克斯韦的工作是这样评论的:“从人类历史的长久观点来看———例如从自今以后一万年的观点来看,几乎无疑的是,麦克斯韦发现电动力学定律将被判定为19世纪中最重要的事件.与这一重要科学事件相比,发生于同一个10年中的美国内战(按:指南北战争,发生于1861～1865年)将褪色而成为只有地区性意义的了.”是的,认识和理解大自然是最宏伟、最壮丽、最有持久价值的事业,和这一事业相比,历史上的帝国兴亡,生活中的名利追逐,只不过是“相争两蜗角,所得一牛毛”.在这一伟业中,物理学是走在最前面、冲锋陷阵的前锋部队.能够成为这支部队的一员,是每一个物理学工作者都感到自豪的事.宇宙的年龄是一百多亿年,人类出现在地球上大约有一百万年,一个人的生命不过百年,人生的意义究竟是什么?笔者认为,人类就是大自然母亲磨制用来照自己的镜子,进化过程就是她磨镜的过程,镜子越来越完善,越来越清晰,它的任务便是要尽量清晰地把大自然照出来.进化使我们具有思维和理解能力,而发现和认识自然规律,直接间接为这一事业服务,便是人生的使命和价值.图1图2图3图4图5。

关于《邮票上的物理学史》
秦克诚
【期刊名称】《大学物理》
【年(卷),期】2005(024)005
【摘要】经过6年半时间，《邮票史上的物理学史》终于在本刊上连载完了，这是本刊时间最长的连载．在此期间，一些师友对我说，他们对这个连载很感兴趣；我和编辑部也收到一些读者来信，表示嘉许；我在几个会议上遇到一些同行，本来并不认识，但是一谈起《邮票》，知道我是它的作者，大家就立刻近乎起来了．许多迹象表明，读者对这个连载的反应是正面的．现在连载登完了，编辑部让我向读者汇报一下写作过程中的一些考虑．
【总页数】3页(P62-64)
【作者】秦克诚
【作者单位】北京大学,物理系,北京,100871
【正文语种】中文
【中图分类】O4-09
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§2 19世纪的三大发现一电子的发现2．电子的发现3．电子电量和质量的测量—油滴实验4．意义①宣告了原子是可分的。

②为进行电子和原子的研究开创了新的实验技术。

二 X射线的发现3．伦琴射线发现的意义由于X射线与原子中内层电子的跃迁有关，这说明了物理学还存在亟待搜索的未知领域。

X射线本身在医疗、研究物质结构等方面都有很多的实用价值。

三天然放射性的发现1．铀盐放射性的发现③.意义贝克勒尔射线的发现，是人类第一次发现某些元素自身也具有自发辐射现象，引起了人们对原子核问题的关注。

贝克勒尔获1903年诺贝尔奖。

2．钋和镭的发现②钋的发现③镭的发现④.科学属于全人类镭可以治狼疮和癌肿，0.1克镭就值75万金法郎!一个美国公司想收买专利，都被生活并不富裕的居里夫妇谢绝了。

他们认为:我们发现了科学，又把它据为己有，这违反科学精神，再说镭能治病，我们就更应该无条件地献出它的秘密!然而，居里夫人由于长期接触放射性物质，患了恶性贫血症，她的丈夫和战友居里1906年死于车祸，居里夫人在精神打击和身体折磨的双重压力下，仍然初衷不改，献身于科学事业。

她的高风亮节，赢得了人们的敬重。

她的女婿约里奥（1900-1958）在50年代用仪器检测她当年的实验记录本，发现全部污染了放射性物质，她当年用过的烹调书，50年后再检查，仍然有放射性。

1934年，居里夫人去世；1956年她的女儿伊伦·居里（1897-1956）也死于恶性贫血；1958年女婿约里奥也因放射性辐射而去世。

居里夫人的一家全部都献给了这壮丽的伟大事业。

3.α、β、γ射线的发现⑥原子的嬗变理论：在研究放射性的同时，科学家也对放射性遗留物进行了研究。

1899年以来，卢瑟福、居里夫妇、欧文斯等人发现，放射性物质除了放出已知辐射外，还放出某种气体。

这些气体也具有放射能力，并可穿过金属薄层，能使气体电离，当时称之为“射气”。

1900年克鲁克斯从铀化合物中分离出一种放射性很强的物质，称为铀X。

高一物理物理学史试题答案及解析1.万有引力定律的发现实现了物理学上第一次大统一“地上物理学”和“天上物理学”的统一。

它表明天体运动和地面上物体的运动遵从相同的规律。

牛顿在发现万有引力定律的过程中将行星的椭圆轨道假想成圆轨道，另外还应用到了其他的规律和结论。

以下的规律和结论没有被用到的是（）A．牛顿第二定律B．牛顿第三定律C．开普勒的研究成果D．卡文迪许通过扭秤实验得出的引力常数【答案】D【解析】牛顿在发现万有引力定律的过程中首先利用了开普勒对行星运动的究成果，然后应用牛顿第二定律推导了恒星对行星的引力大小，再利用牛顿第三定律推导了行星对恒星的引力大小，然后推广到任意两个物体之间，总结出了万有引力定律，后来卡文迪许才通过扭秤实验得出的引力常数，所以总结万有引力定律没有被用到的是D.【考点】有关万有引力定律的物理学史。

2.伽利略是经典力学的开创者，下列有关他的叙述正确的是 ()．A．伽利略对运动进行了描述和分类，对自由落体运动规律进行了探索，得到了惯性原理，研究了抛体运动的轨迹B．伽利略提出了运动的相对性原理，开创了实验科学C．伽利略的研究，无论是在动力学的基本原理上，还是在动力学的研究方法上，都做出了奠基性的重要贡献D．伽利略发现了小振幅摆动的等时性【答案】ABCD【解析】伽利略是经典力学的开创者，上述皆为其科学贡献，故A、B、C、D均正确．3.以下说法与事实相符的是A．根据亚里士多德的论断，两物体从同一高度自由下落，重的物体和轻的物体下落快慢相同；B．根据亚里士多德的论断，物体的运动不需要力来维持；C．伽利略通过理想斜面实验，总结出了牛顿第一定律；D．根据牛顿第一定律可知，物体运动的速度方向发生了变化，必定受到外力的作用。

【答案】D【解析】A、B选项中都应是根据伽利略的论断，而不是根据亚里士多德的论断，故选项A、B错误；牛顿根据理想斜面实验总结出了牛顿第一定律，不是伽利略，故C错误；根据牛顿第一定律，物体若不受力则保持原来的运动状态，若速度方向发生了变化即运动运动状态发生了变化，则必定受外力作用，故D正确。

数学公式邮票中的物理内涵我的爱好是集邮本篇为笔者发表在《新高考》杂志上的系列文章。

你见过印有数学公式的邮票吗？早在1971年，尼加拉瓜就曾经发行过十张一套题为“改变世界面貌的十个数学公式”的邮票。

这些邮票是根据一些著名数学家选出的十个对世界发展极有影响的数学公式进行设计的。

其实，这十个数学公式中，除了“手指计数基本法则”、“勾股定理”和“纳皮尔指数与对数关系公式”三个纯属数学学科外，其余七个公式则包含着丰富的物理内涵。

下面，向你展示这些具有物理内涵的数学公式邮票图片，介绍公式的物理意义及相关物理学家的事迹。

●阿基米德杠杆原理——F1x1=F2x2在力学里，典型的杠杆是置放连结在一个支撑点上的硬棒，这硬棒可以绕着支撑点旋转。

当杠杆处于静止状态或匀速转动状态时，我们就称之为杠杆平衡。

公式F1x1=F2x2，即动力×动力臂=阻力×阻力臂，就是杠杆平衡的条件。

当动力臂大于阻力臂时，动力小于阻力，杠杆省力；当动力臂小于阻力臂时，动力大于阻力，杠杆费力；当动力臂等于阻力臂时，动力等于阻力，杠杆既不省力也不费力。

杠杆原理是由阿基米德发现的，故称为阿基米德杠杆原理。

阿基米德（公元前287年〜公元前212年）是古希腊哲学家、数学家、物理学家、发明家、工程师、天文学家。

他出生于西西里岛的叙拉古，第二次布匿战争时期死于罗马士兵之手。

阿基米德对物理学的影响极为深远；他对于数学的贡献，使阿基米德被很多人视为欧洲古代最杰出的数学家，和所有时代最杰出的数学家之一。

他曾和牛顿及高斯被西方评价为有史以来最伟大的三位数学家。

在埃及公元前一千五百年前左右，就有人用杠杆来抬起重物，不过人们不知道它的道理。

在阿基米德发现杠杆原理之前，是没有人能够解释的。

当时，有的哲学家在谈到这个问题的时候，一口咬定说，这是“魔性”。

阿基米德则根本不承认这种看法。

在《论平面图形的平衡》一书中，阿基米德最早提出了杠杆原理。

他首先把杠杆实际应用中的一些经验知识当作“不证自明的公理”，然后从这些公理出发，运用几何学通过严密的逻辑论证，得出了杠杆原理。

世纪之交的物理学革命19世纪理论科学的巅峰状态以及其中隐含的危机以物理学最为典型。

海王星的发现显示了牛顿力学无比强大的理论威力，光学、电磁学与力学的统一使物理学显示出一种形式上的完整，被誉为“一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美丽的庙堂”有一个故事很可以说明在人们心目中，古典物理学的完善程度。

德国著名的物理学家普朗克年轻时曾向他的老师表示要献身于理论物理学，老师劝他说：“年轻人，物理学是一门已经完成了的科学，不会再有多大的发展了，将一生献给这门学科，太可惜了。

”1900年4月27日，英国著名的物理学家开尔文勋爵作了题为《热和光的动力理论上空的19世纪之乌云》的长篇讲演，指出古典物理学本来十分晴朗的天空上出现了两朵乌云。

实际上，物理学天空上的乌云何止两朵。

大量新现象与已成完美体系的古典理论之间的矛盾日渐突出，酿成了深刻的危机。

正是这朵朵乌云带来了世纪之交的一场物理学革命，在这场革命中诞生了相对论和量子力学。

1、第一朵乌云：以太漂移实验开尔文所称第一朵乌云指的是以太漂移实验。

古典物理学统一诸种物理现象的主要方式，是找出该类物理现象的一个力学模型。

例如，当我们把声音看成是声源振动在物质媒介中的纵向传播时，我们就将声学统一在关于振动的力学之中；当我们把热看成是细微分子的运动之后，我们就将热学统一在关于大量分子运动的力学之中。

电磁学似乎与力学距离较远，但也有统一它们的方式。

比如，我们同样可以将电磁波看成是某种电磁振荡在某种物质媒介中的传播，如果这种模型是成立的，那么，电磁学与力学之间也可以统一起来了。

事实上，物理学家们就是这么做的，因为在他们看来，“一切物理现象都能够从力学的角度来说明，这是一条公理，整个物理学就建造在这条公理之上”。

开尔文也说：“我的目标就是要证明，如何建造一个力学模型，这个模型在我们所思考的无论什么物理现象中，都将满足所要求的条件。

在我没有给一种事物建立起一个力学模型之前，我是永远也不会满足的。

自然科学刚跨入20世纪，物理学领域内首先掀起了革命的浪潮。

19世纪末，物理学实验上的一系列重大发现，冲击着经典物理学的连续观念、绝对时空观念和原子不可再分的观念，使原有的经典理论显得无能为力。

这一冲击，对当时的物理学家们的影响是很大的。

因为19世纪40年代以后，由伽利略和牛顿奠定基础的古典物理学理论，由于海王星和能量守恒原理的发现，法拉第、麦克斯韦电磁理论的辉煌成就以及分子运动论的建立，在科学的各个领域中所向披靡，包罗了大至日月星辰，小至原子、分子的物理世界，从而使当时不少物理学家认为物理理论已接近最后完成，今后只需在细节上作些补充和发展，在小数点第六位上做文章。

著名的德国物理学家基尔霍夫（1824—1887）说：“物理学将无所作为了，至少也只能在已知规律的公式的小数点后面加上几个数字罢了。

”世界著名物理学家开尔文（1824—1907）也认为：“在已经建成的科学大厦中，后辈物理学家只能做一些零碎的修补工作了。

”但是，他又敏锐地发现，在物理学晴朗的天空里，还有两朵小小的令人不安的乌云，这就是迈克耳逊-莫雷实验和黑体辐射实验。

它们的存在引起许多著名的物理学家的不安。

世纪之交的新挑战19世纪80年代以后，物理学的经典理论不断完善，与此同时，物理学实验上却陆续发现一些重大的结果。

至少有7个重大发现，不但旧理论无法解释，有的还导致观念上的更新。

第一个实验是1887年赫兹（1857—1894）在验证麦克斯韦（1831—1879）预言电磁波存在的实验过程中，发现了光电效应。

按照经典理论，从金属表面逸出电子的数目与光的强度有关，而与光的频率无关。

这一矛盾，赫兹无法解释，但他仍以“论紫外光对放电现象的效应”为题发表论文，描述了这一现象和结果，向物理学经典理论发起了挑战。

第二个实验是1887年的迈克耳逊-莫雷实验。

这一结果使持有光是“以太”中的波动这一观点的人大失所望，连迈克耳逊本人也不了解这一实验结果的重要意义。