这两朵乌云是指什么呢热辐射试验迈克尔逊

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物理学发展史上的两朵乌云

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Байду номын сангаас “电磁质量”的发现
在研究阴极射线并测量其荷质比时，人们遇到了一个奇特现象，电子的质量会随速度的增加而增加，这一事实为爱因斯坦狭义相对论提供了重要依据。1878 年罗兰用实验演示了运动电荷产生磁场的事实，促使人们开始研究运动带电体的问题。1881 年，J.J.汤姆生首先提出，既然带电体运动要比不带电体需要外界作更多的功，带电体的动能就要比不带电体大，换言之，带电体应具有更大的质量。后来，人们用“电磁质量”来代表这一部分增加的质量。这时，电子已经发现，电子已被认为是物质的最小组成部分。人们开始注意在实验中研究电磁质量问题。
1871 年，英国物理学家瓦尔利从阴极射线在磁场中受到偏转的事实，提出这一射线是由带负电的物质微粒组成的设想。他的主张得到本国人克鲁克斯和舒斯特的赞同。于是在19 世纪的后30 年，形成了两种对立的观点：德国学派主张以太说，英国学派主张带电微粒说。双方争持不下，谁也说服不了谁。为了找到有利于自己观点的证据，双方都做了许多实验。克鲁克斯证实阴极射线不但能传递能量，还能传递动量。他认为阴极射线是由于残余气体分子撞到阴极，因而带上了负电，又在电场中运动形成“分子流”。以太论者不同意这一说法，用实验加以驳斥。哥尔茨坦做了一个很精确的光谱实验。他用一根特制的L 形放电管，电极A、B 可以互换，轮流充当阴极，用光谱仪观测谱线。如果阴极射线是分子流，它发出的光应产生多普勒效应，即光的频率应与分子流速度方向有关。可是，不管是那一端发出阴极射线，谱线的波长都没有改变。这就证明了分子流之说站不住脚。以太论者认为这是对以太说的一个支持。
1901 年考夫曼用β射线做实验，证实电子的质荷比确随速度的增大而增大。第一次观测到了电磁质量。1903 年，阿伯拉罕用经典电磁理论系统地研究了电磁质量问题，导出了电磁质量随速度变化的关系。1904 年，洛仑兹把收缩假设用于电子，推出关系;这个关系也可以从爱因斯坦的狭义相对论推导出来，所以叫洛仑兹-爱因斯坦公式。然而，考夫曼的进一步实验却倾向于经典理论，他宣称：“量度结果与洛仑兹-爱因斯坦的基本假设不相容。”对此，爱因斯坦在 1907 年写道：“阿伯拉罕的电子运动理论所给出的曲线显然比相对论得出的曲线更符合于观测结果。但是，在我看来，那些理论在颇大程度上是由于偶然碰巧与实验结果相符。因为它们关于运动电子质量的基本假设不是从总结了大量现象的理论体系得出来的。”果然，不久后，好几个地方做了新的实验，证明爱因斯坦的结果符合实际。就这样，从经典物理学提出的电磁质量问题，反而成了相对

物理学大厦曾有的乌云(1)

物理学大厦曾有的乌云——麦克尔逊－莫雷试验杨振国，袁敏，廖远东，杨钦柯，陈俊晖，陈晶摘要：在1887年到1905年之间，人们曾经好几次企图去解释麦克尔逊——莫雷实验。

最著名者为荷兰物理学家亨得利克·罗洛兹，他是依据相对于以太运动的物体的收缩和钟变慢的机制。

然而，一位迄至当时还不知名的瑞士专利局的职员阿尔贝特·爱因斯坦，在1905年发表的一篇著名的论文中指出，只要人们愿意抛弃绝对时间的观念的话，整个以太的观念就是多余的。

几个星期之后，一位法国最重要的数学家亨利·彭加勒也提出类似的观点。

爱因斯坦的论证比彭加勒的论证更接近物理，因为后者将此考虑为数学问题。

通常这个新理论是归功于爱因斯坦，但彭加勒的确在其中起了重要的作用。

关键词：麦克尔逊－莫雷干涉仪，以太一、经典物理学天空的乌云19世纪末期物理学家汤姆逊在一次国际会议上讲到“物理学大厦已经建成，以后的工作仅仅是内部的装修和粉刷”。

但是，他话锋一转又说：“大厦上空还漂浮着两朵‘乌云’，麦克尔逊－莫雷试验结果和黑体辐射的紫外灾难。

”正是为了解决上述两问题，物理学发生了一场深刻的革命导致了相对论和量子力学的诞生。

早在电动力学麦克斯韦方程建立之日，人们就发现它没有涉及参照系问题。

人们利用经典力学的时空理论讨论电动学方程，发现在伽利略变换下麦克斯韦方程及其导出的方程（如亥姆霍兹，达朗贝尔等方程）在不同惯性系下形式不同，这一现象应当怎样解释？经过几十年的探索，在1905年终于由爱因斯坦创建了狭义相对论。

而我们要讨论的就是麦克尔逊－莫雷试验。

在麦氏预言电磁波之后，多数科学家就认为电磁波传播需要媒质（介质）。

这种介质称为“以太”（经典以太）。

“以太”应具有以下基本属性：（1）充满宇宙，透明而密度很小（电磁弥散空间，无孔不入）；（2）具有高弹性。

能在平横位置作振动，特别是电磁波一般为横波，以太应是一种固体（G是切变模量ρ是介质密度）；（3）以太只在牛顿绝对时空中静止不动，即在特殊参照系中静止。

相对论发展史

相对论旳建立
一. 两朵乌云
1900，开尔文勋爵：物理学旳大厦已经建成，将
来旳物理学家只需要做些修修补补旳工作就行了。但是，明朗旳天空还有两朵乌云：一朵与黑体辐射有关，另一朵与迈克尔逊试验有关。
第一朵乌云：黑体辐射
量子论
1900
第二朵乌云：迈克尔逊试验
1905
相对论
量子论旳诞生
量子说
光子说
• 光波是“以太”旳弹性振动。 • 以太相对于地球运动吗？ • 光行差现象（1728，1810）：以太相
对于地球有运动。 • 迈克尔逊试验（1881，1887）：没有
测出这一运动。
洛伦兹旳解释：以太相对于绝对空间静止。洛伦兹收缩：
l l0 1 v2 / c2
x’=x-vt y’=y z’=z t’=t
暗能量动力学暗能量广义相对论在宇观尺度失效
0.5% 4% 0.3% 29%
65%
黑洞
r
r
2GM c2
(视界） r=0奇点
洞外洞内
t 时间空间
r 空间时间
信息疑难
霍金
(S.W.Hawking)
索恩
普瑞斯基
(John Preskill )
(Kip.Throne)
2023年7月21日,霍金 “我输了”
光线偏折
广义相对论： =1.75"
牛顿理论： =0.875"
试验观察：（1923年：爱丁顿
西非普林西比;
巴西，阴雨）
=1.98 0.12"
今日：
=1.89"
引力波
• 广义相对论预言：有引力波，以光速传播
• 发觉脉动双星（PSR1913+16）轨道周期每年降低约万

35波粒二象性

2、康普顿效应
1923年康普顿在做 X 射线通过物质散射的实验时，发现散射的X射线中除有与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于 λ0的成分，这个现象称为康普顿效应。
3、经典电磁理论的困难
根据经典电磁波理论，当电磁波通过物质时，物质中带电粒子将作受迫振动，其频率等于入射光频率，所以它所发射的散射光频率应等于入射光频率。
h 1.3 1025 nm
mv
太小测不到！
如电子m=9.110-31Kg，速度v=5.0107m/s, 对应的德布罗意波长为：
h 1.4 102 nm
mv
X射线波段
三、物质波的实验验证
1912年德国物理学家劳厄利用晶体中排列规则的物质微粒作为衍射光栅检验X射线的波动性，证明X射线就是波长为十分之几纳米的电磁波。
1、波长越长，波动性越明显，频率越大，粒子性越明显；
2、大量光子的行为表现波动性，单个光子的行为表现粒子性；
3、传播过程中表现波动性，和其他物质相互作用时表现粒子性。
二、德布罗意波（物质波）
De . Broglie 1923年发表了题为“波和粒子”的博士学位论文，提出了物质波的概念。他认为，“整个世纪以来（指19世纪）在光学
E h ＝h P
四、电子显微镜
阅读课本42 页科学漫步回答问题。
§17.4概率波
一、经典的粒子和经典的波
1、经典物理学中粒子运动的基本特征：任意时刻具有确定的位置和速度。
2、经典物理学中波的基本特征：具有频率和波长也就是具有时空的周期性。
二、概率波
1、光子说对明暗条纹的解释明纹处到达的光子数多，暗纹处到达的光子数少。
§17.2崭新的一页：粒子的波动性

20世纪科学中的两朵乌云

20世纪科学中的两朵乌云第一朵乌云，主要是指A．迈克尔孙实验结果和以太漂移说相矛盾；第二朵乌云，主要是指热学中的能量均分定则在气体比热以及势辐射能谱的理论解释中得出与实验不等的结果，其中尤以黑体辐射理论出现的“紫外灾难”最为突出。

第一朵乌云导致了相对论的诞生，第二多乌云导致了量子力学的诞生迈克尔逊-莫雷实验一种用迈克尔逊干涉仪测量两垂直光在同一方向上光速差值的实验。

但结果证明光速在不同惯性系和不同方向上都是相同的，由此确定了光速不变原理。

根据伽利略变换，光速应该与其所在的参照系有关，这一结果表明伽利略变换并不适用于高速运动的光子，洛伦兹由此提出洛伦兹变换来解决这一问题。

虽然爱因斯坦只是将洛伦兹变换引入狭义相对论，但是他系统性地提出了一个全新的物理理论，并划时代地提出时间相对性的概念，因此人们最终将这一功绩归功于爱因斯坦。

但是狭义相对论也有问题，爱因斯坦本人也始终未能解释孪生子佯谬。

既然存在以太，则当地球穿过以太绕太阳公转时，在地球通过以太运动的方向测量的光速（当我们对光源运动时）应该大于在与运动垂直方向测量的光速（当我们不对光源运动时）。

1887年，阿尔贝特·麦克尔逊（后来成为美国第一个物理诺贝尔奖获得者）和爱德华·莫雷在克里夫兰的卡思应用科学学校进行了非常仔细的实验。

目的是测量地球在以太中的速度(即以太风的速度)。

如果以太存在，且光速在以太中的传播服从伽利略速度叠加原理：假设以太相对于太阳静止，实验坐标系相对于以太以公转轨道速度u沿光线2的方向传播，由于光在不同的方向相对地球的速度不同，达到眼睛的光程差不同，产生干涉条纹。

从镜子M反射，光线1的传播方向在MA方向上，光的绝对传播速度为c，地球相对以太的速度为υ，光线1完成来回路程的时间为2d/C，光线2在到达M2和从M2返回的传播速度为不同的，分别为C+υ和C－υ，完成往返路程所需时间为：d/(C+u)+d/(C-u).光线2和光线1到达眼睛的光程差为：c[d/(C+u)+d/(C-u)-2d/C]=2du^2/(C^2-u^2)干涉仪整体可以旋转，旋转的过程中，以太速度方向与实验参考系中光线2的夹角改变，从而使得速度分量u 改变，旋转90°时，光线1和2交换了状态，光程差可以增加一倍。

物理学晴空的乌云

“乌云”的出现1900年新春之际，著名物理学家开尔文勋爵在送别旧世纪所作的讲演中讲道：“19世纪已将物理学大厦全部建成，今后物理学家的任务就是修饰、完美这座大厦了。

”同时他也提到物理学的天空也飘浮着两朵小小的，令人不安的乌云，一朵为以太漂移实验的否定结果，另一朵为黑体辐射的紫外灾难。

实际上“乌云”不止这两朵，还包括气体比热中能量均分定律的失败、光电效应实验、原子线光谱等。

然而，就是这几朵乌云带来了一场震撼整个物理学界的革命风暴，导致了现代物理学的诞生。

第一朵乌云“以太”学说第一朵乌云是随着光的波动理论而开始出现的。

菲涅耳和托马斯·杨研究过这个理论，它包括这样一个问题：地球如何通过本质上是光以太这样的弹性固体而运动呢？第二朵乌云是麦克斯韦－玻耳兹曼关于能量均分的学说。

这两朵乌云涉及到两方面的实验发现与力学、电磁学、气体分子运动论理论的困难。

相对性原理是经典力学的一个最基本的原理，这个原理认为，绝对静止和绝对匀速运动都是不存在的，一切可测量的、因而也是有物理意义的运动，都是相对于某一参照物的相对运动。

牛顿本人也充分意识到了确定“绝对运动”的困难，最后只能以臆测性的“绝对空间”的存在作为避难所。

麦克斯韦的电磁场理论获得成功之后，电磁波的载体以太，就成了物化的绝对空间，静止于宇宙中的以太就构成了一切物体的“绝对运动”的背景框架。

既然以太也是一种物质存在，或者说它表征着物化了的绝对空间，当然就可以通过精密的实验测出物体相对于以太背景的绝对运动。

但是，美国物理学家迈克尔逊在1881年、他和莫雷在1887年利用干涉仪所进行的精密光学实验，都未能观察到所预期的以太相对于地球的运动。

第二朵乌云“紫外灾难”第二朵乌云涉及的是经典物理学另一分支，热力学和分子运动论中的一个重要问题。

开尔文明确提到的是“麦克斯韦－玻耳兹曼关于能量均分的学说”。

实际上是指19世纪末关于黑体辐射研究中所遇到的严重困难。

为了解释黑体辐射实验的结果，物理学家瑞利和金斯认为能量是一种连续变化的物理量，建立起在波长比较长、温度比较高的时候和实验事实比较符合的黑体辐射公式。

能量量子化

是温度低时辐射弱，温度高时辐射强。
(2)黑体是一个理想化的物理模型，实际
不存在。(3)黑体看上去不是一定是黑的
，只有当自身辐射的可见光非常微弱时
看上去才是黑的；有些可看作黑体的物
我们看教室里看起来很暗，实际上里体由于有较强的辐射，看起来还会很明
面是明亮的。因为它反射的光进不到我们亮，例如：炼钢炉口上的小孔。一些发
的眼睛，相当于被教室“消化”了。
光的物体(如太阳、白炽灯灯丝)也被看
作黑体来处理。
4、黑体辐射：辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关。
在空腔壁上开一个很小的孔，射入的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出。
实验表明，对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关。
D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体
解题指导：黑体完全吸收电磁波而不反射，同时其本身也辐射电磁波；黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与其他因素无关。解析：黑体自身辐射电磁波，不一定是黑的，A错误；黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，B错误，C正确；小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，因此小孔成了一个黑体，而不是空腔，D错误。
黑体辐射实验
迈克尔逊-莫雷实验
量子力学的诞生
相对论问世
后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一场革命性的风暴，乌云落地化为一场春雨，浇灌着两朵鲜花。
Байду номын сангаас
思考与讨论 (1)在火炉旁边有什么感觉？（2）投在炉中的铁块一开始是什么颜色？过一会又是什么颜色？

近代物理“两朵乌云”课程思政要素的挖掘和探讨

近代物理“两朵乌云”课程思政要素的挖掘和探讨摘要：本文深入挖掘和探讨了近代物理“两朵乌云”涉及的课程思政元素，并给出了具体的教学案例设计，旨在培养学生的批判性思维和创新精神，推动大学物理课程教学质量的提升。

关键词：大学物理；近代物理；两朵乌云；课程思政课程思政的基本内涵：在教学中不但要加强传授知识,还要把思想政治教育贯穿于教育教学活动的各个环节, 着重引导学生形成正确的世界观、人生观和价值观,落实“培养什么人、怎样培养人、为谁培养人”的基本要求【1】。

物理课程思政的核心内涵是物理认知能力的培养，包括认知模型的构建，物理方法的训练，物理精神的养成，也就是物理文化的传承【2】。

大学物理学是建立世界观的科学基础，培养科学思维的主要载体，在课程思政方面有得天独厚的教育资源。

大学物理课程中丰富的思政元素包括：注重科学思维方法的训练和科学伦理的教育，培养学生探索未知，追求真理，勇攀科学高峰的责任感和使命感；注重强化工程伦理教育，培养学生精益求精的大国工匠精神，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当【1】；从物理学重大发现的探究过程中吸取科学思想和科学方法，培养学生思考问题、提高分析问题和解决问题的能力；学习物理学家们批判性思维和创新精神、严谨踏实的科学态度，和一丝不苟的科学作风；树立实事求是的科学态度,从整体、变化、发展的眼光看问题,做出客观评价；树立高远志向，敢于担当，不懈奋斗的精神等。

本文从近代物理中“两朵乌云”出发，深入挖掘了相关课程背后的思政元素，引导同学们通过理解和掌握具体的物理理论及其产生和发展的过程来体会物理学家认识世界的科学思想，对发挥大学物理课程思政的作用，培养学生科学思维能力和创新精神有一定的参考意义。

20世纪第一个春天，英国物理学家开尔文发表新年贺词演讲，在演讲中他说到：“There is nothing new to be discovered in physics now. All that remains is more and more precise measurement. The beauty and clearness of theory was overshadowed by “two clouds”: the null result of the Michelson-Morley experiment; the proble m of blackbody radiation”。

关于开尔文提出的两朵乌云（元子说宇宙演化学节选）

关于开尔文提出的两朵乌云（元子说宇宙演化学节选）关于开尔文提出的两朵乌云（元子说宇宙演化学节选）前言：现象学认识物理，都以想象力猜想宇宙的物理，如猜想宇宙一个有一个起点，就猜想宇宙存在“神赐奇点”的宇宙大爆炸。

人类是从迷信走向科学自信。

宇宙大爆炸显然是还没有摆脱对神的迷信的不可能为真的宇宙学物理。

开尔文勋爵猜想“以太”和“黑体辐射”是宇宙中存在的两朵乌云。

受到科学界的广泛重视。

关于两朵乌云，现代物理学历经一个多世纪，关于两朵乌云至今也没有给出令人可信服的答案。

仍然是物理学前沿的问题。

因为所涉及到都是看不见的微观物质及其运动的物理，相对于现象学现代物理学，仅依靠猜想回答物理学的前沿问题显然是极为困难的。

关键词：以太场物质元子黑体辐射普朗克能量子电磁横波★在这里讨论一下开尔文的两朵乌云很有必要开尔文提出的两朵乌云在物理学史上不仅很有名，在现象学认识论时代，提出的两朵乌云的猜想不由人们想当然来决定对错，要以其效果来评定！♣乌云1指以太，以太是指认识：现象上的超距作用的存在事实是什么物质的运动。

现象学的现代物理学至今日，没有能够对已经是常识事实的“现象上的超距作用力存在的事实”给出合乎物理逻辑的解释，却否定了对没有认识到的能够形成现象上超距作用事实的以太——看不见的微观物质进行了错误的彻底否定！可是现代物理学并没有探究现象上超距作用存在的事实对应的物理；至今日，现代物理学还是给不出“现象上超距作用力存在的物理！”关于开尔文两朵乌云没有给出过正确答案。

♣1 “迈克耳孙-莫雷实验”——开尔文的第一朵乌云：以太“迈克耳孙-莫雷”实验的零干涉结果，被解释为宇宙中不存在“以太”。

实验目的试图用光的两个方向上与相对速度为:v的地球的合速度不同，来确定以太的存在与否。

实验的结果为零干涉，“证明”了不存在以太！这却是错误的结论，是没有认识到光传输的真实物理的错误结论！当认识到光传输的真实物理时，光速运动的粒子是光源电子，不是光子，详见元子说光物理，光源电子的光速运动的是可计算，可验证的！是微观的光源电子遵守与宏观物质相同的自然规律：遵守牛顿力学和电磁运动规律，沿着光传输电磁场的光子所关联成的电子光速传输线纵向移位运动，在电磁场波阵面构成了一波波不连续电磁横波，电磁横波的纵向运动当然也是光源电子的光速！这不变的光速只决定于电磁场光子的各向同性的均匀分布，这均匀分布的基础当然是充斥全宇宙的场物质元子在全宇空以正负电子以电荷极化的看不见的元子球，尺度为两个电子：2×5.64=4×2.82=11.28fm；即元子球的尺度。

爱因斯坦基本假设洛伦兹变换

O
时空是均匀的，要求变换的线性的，用反证法证明这一点。设X坐标的变换是：为常数,设在S’系中放有一棒AB
a
x ax'
2
O S’系
O’
x '1
x'2
X’ X
S系来看空间不均匀了，所以坐标变换只能是线性关系；
x'1 0, x'2 1 棒长：l ' x' x' 1 2 1 S系 l x2 x1 2 2 ax'2 ax'1 a
观测这件事的时间为t1、t2
y' y ' z z
x' x ut
t' t
结论：时间的测量是绝对的. 同一过程所经历的时间在不同参照系是一样的。
3）空间间隔的测量是绝对的
S’系测得长度
Y
Y’
x '1 x1
注意：棒相对S系是运动的，故要同时测量棒两头坐标如测量游动的鱼长，要同时测量头和尾的坐标
任何惯性系去测量光速都是 c，与光源及参照系无关。
光速为c
光速为c
v
c X’
X
c+v c
v
如果不满足光速不变原理，因果关系将颠倒。
下面由相对性原理来推导这个变换。设有惯性参照系S、S’
§4—2 洛仑兹坐标变换（简称“LT”）
1）各坐标轴相互平行； 2）S’系相对S系沿X轴以 u 作匀速直线运动；
二者关系为：
x' x ut
y'' y z z
t' t
不妨反问一下大家：上式关系中何以见得 “绝对的数学的时间流逝着，并且由于它的本性而均匀地与外界无关地流逝着。” 绝对的空间，就其本性而言与外界无关永远相同而不变。经典的时空观。（绝对时空观）

历史上物理学晴空的两朵“乌云”

历史上物理学晴空的两朵“乌云”
大家知道，被加热的物体开始时会发出红光，随着温度上升，光的颜色逐渐由红变黄又向蓝白色过渡，这种以电磁波的形式向外传递能量的现象就叫热辐射。

由于光的颜色随温度变化而有规律地变化，所以有经验的炼钢工人能凭钢水的颜色就可判断其温度。

任何物体，不论温度高低，都要以电磁波的形式向外辐射能量。

为了从理论上总结热辐射规律，19世纪物理学家导出了热辐射物体的能量按发光波长分布的两个公式：维恩公式和瑞利一金斯公式。

然而，这两个公式算出的结果，不是在长波方面就是在短波方面与实验结果不符，物理学家为此伤透了脑筋。

经典物理学遇到的另一个困难，是如何解释迈克尔孙一莫雷实验的结果。

按照经典物理学的观点，任何一种波动的传播都需要有一种媒介物，比如声波主要依靠空气传播，月球上没有空气，人们讲话就听不见。

为了解释光的传播，物理学家不得不假设，在宇宙空间到处存在一种静止的传光媒质——以太。

由于地球在以太的“海洋”中绕太阳公转，因而在地球表面理应存在以每秒30公里运动的以太流。

迈克尔孙一莫雷实验就是为了证实以太的存在，但实验结果却令人大失所望，这使物理学家陷入左右为难的境地：要么放弃“以太说”，要么否定比这更重要的哥白尼的“地动说”。

上述两个难题形成了本世纪初物理学晴朗天空中的“两朵乌云”。

出乎人们意料的是，这两朵乌云给物理学界带来了革命风暴，使物理学家发现了“新大陆”——“量子论”和“相对论”，将人类对物质世界的认识向前推进了一大步。

物理学史上的两朵乌云

物理学上的两朵乌云19世纪的最后一天，欧洲著名的科学家欢聚一堂。

会上，英国著名物理学家威廉.汤姆生（即开尔文男爵）发表了新年祝词。

他在回顾物理学所取得的伟大成就时说，物理大厦已经落成，所剩只是一些修饰工作。

同时，他在展望20世纪物理学前景时，却若有所思地讲道：“动力理论肯定了热和光是运动的两种方式，现在，它的美丽而晴朗的天空却被两朵乌云笼罩了，”“第一朵乌云出现在光的波动理论上” ，“第二朵乌云出现在关于能量均分的麦克斯韦-玻尔兹曼理论上。

威廉.汤姆生在1900年4月曾发表过题为《19世纪热和光的动力学理论上空的乌云》的文章。

他所说的第一朵乌云，主要是指迈克尔逊-莫雷实验结果和以太漂移说相矛盾；他所说的第二朵乌云，主要是指热学中的能量均分定则在气体比热以及热辐射能谱的理论解释中得出与实验不等的结果，其中尤以黑体辐射理论出现的“紫外灾难”最为突出。

第一朵乌云迈克耳逊－莫雷实验与“以太”说破灭人们知道，水波的传播要有水做媒介，声波的传播要有空气做媒介，它们离开了介质都不能传播。

太阳光穿过真空传到地球上，几十亿光年以外的星系发出的光，也穿过宇宙空间传到地球上。

光波为什么能在真空中传播？它的传播介质是什么？物理学家给光找了个传播介质——“以太”。

最早提出“以太”的是古希腊哲学家亚里士多德。

亚里士多德认为下界为火、水、土、气四元素组成；上界加第五元素，“以太”。

牛顿在发现了万有引力之后，碰上了难题：在宇宙真空中，引力由什么介质传播呢？为了求得完整的解决，牛顿复活了亚里士多德的“以太”说，认为“以太”是宇宙真空中引力的传播介质。

后来，物理学家又发展了“以太”说，认为“以太”也是光波的传播介质。

光和引力一样，是由“以太”传播的。

他们还假定整个宇宙空间都充满了“以太”，“以太”是一种由非常小的弹性球组成的稀薄的、感觉不到的媒介。

19世纪时，麦克斯韦电磁理论也把传播光和电磁波的介质说成是一种没有重量，可以绝对渗透的“以太”。

最新2019《星海求知：天文学地奥秘》期末答案

一、单选题（题数：40 ，共40.0 分）1泡利不相容原理具体指的是同一体系内的任意两个()不可能有完全相同的运动状态。

（ 1.0 分）1.0分A、电子B、质子C、中子D、原子核我的答案：A2花样滑冰运动员在冰上旋转时,哪种动作可以获得更快的转速?()（1.0 分）1.0分A、下蹲和直立、双臂向上双腿向下并拢B、下蹲和单足点地,其余三肢全部横向伸展C、张开双臂和直立、双臂向上双腿向下并拢D、张开双臂和单足点地,其余三肢全部横向伸展我的答案：A3中国古人记载的公元185 年超新星爆发的文字中,有可能反映了恒星化学组成的变化的语句是()。

（1.0 分）1.1分A、客星出南门中B、大如半筵C、五色喜怒D、至后年六月消我的答案：C4太阳的寿命预计还有()亿年。

（1.0 分）1.1分A、46B、50C、100D、7005理论上应该出现的在各个不同波段,辐射强度分布的情况,这种分布被称为( )。

（1.0 分）1.2分A、正太分布B、普朗克分布C、t 分布D、泊松分布我的答案：B6黑洞二字分别指的是()。

（1.0 分）1.2分A、这个天体是黑色的和天体存在洞穴结构B、这个天体是黑色的和所有的物质在视界内都往中心奇点坠落C、任何电磁波都无法逃出这个天体和天体存在洞穴结构D、任何电磁波都无法逃出这个天体和所有的物质在视界内都往中心奇点坠落7以下哪位华裔科学家对暗物质探索的贡献最大?()（1.0 分）1.3分A、杨振宁B、李政道C、丁肇中D、朱棣文我的答案：C8太阳系的 6 重物质界限中,没有太“大块”的天体物质的是哪一重?() （1.0 分）1.3分A、小行星带B、柯伊伯带C、奥尔特云D、太阳风的最远范围我的答案：C9暗物质的特征不包括()。

（1.0 分）1.4分A、总量比亮物质多10 倍以上B、不发出任何辐射,但存在引力C、质量大,寿命长,作用弱D、主体应该是已知重粒子以外的物质我的答案：A10银河在星空中的“流域”没有涵盖哪个星座?()（1.0 分）1.4分A、天鹅座B、天蝎座C、南十字座D、狮子座11假如冥王星上有智慧生命,则“他们”对飞掠而过的“新视野”号做出的反应可能会是()。

【2017年整理】近代物理学两朵乌云

【2017年整理】近代物理学两朵乌云近代物理学两朵乌云19世纪的最后一天，欧洲著名的科学家欢聚一堂。

会上，英国著名物理学家W?汤姆生(即开尔文男爵)发表了新年祝词。

他在回顾物理学所取得的伟大成就时说，物理大厦已经落成，所剩只是一些修饰工作。

同时，他在展望20世纪物理学前景时，却若有所思地讲道:“动力理论肯定了热和光是运动的两种方式，现在，它的美丽而晴朗的天空却被两朵乌云笼罩了，”“第一朵乌云出现在光的波动理论上，”“第二朵乌云出现在关于能量均分的麦克斯韦-玻尔兹曼理论上。

”W.汤姆生在1900年4月曾发表过题为《19世纪热和光的动力学理论上空的乌云》的文章。

他所说的第一朵乌云，主要是指迈克尔逊-莫雷实验结果和以太漂移说相矛盾;他所说的第二朵乌云，主要是指热学中的能量均分定则在气体比热以及势辐射能谱的理论解释中得出与实验不等的结果，其中尤以黑体辐射理论出现的“紫外灾难”最为突出。

开尔文是19世纪英国杰出的理论物理和实验物理学家，是一位颇有影响的物理学权威，他的说法道出了物理学发展到19世纪末期的基本状况，反映了当时物理学界的主要思潮。

物理学发展到19世纪末期，可以说是达到相当完美、相当成熟的程度。

一切物理现象似乎都能够从相应的理论中得到满意的回答。

例如，一切力学现象原则上都能够从经典力学得到解释，牛顿力学以及分析力学已成为解决力学问题的有效的工具。

对于电磁现象的分析，已形成麦克斯韦电磁场理论，这是电磁场统一理论，这种理论还可用来阐述波动光学的基本问题。

至于热现象，也已经有了唯象热力学和统计力学的理论，它们对于物质热运动的宏观规律和分子热运动的微观统计规律，几乎都能够做出合理的说明。

总之，以经典力学、经典电磁场理论和经典统计力学为三大支柱的经典物理大厦已经建成，而且基础牢固，宏伟壮观～在这种形势下，难怪物理学家会感到陶醉，会感到物理学已大功告成，因而断言往后难有作为了。

这种思想当时在物理界不但普遍存在，而且由来已久。

爱因斯坦与相对论

爱因斯坦与相对论1. 两朵乌云1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上,著名物理学家开尔文勋爵作了展望新世纪的发言。

在回顾过去岁月之后, 他充满自信地说:物理学的大厦已经建成,未来的物理学家只需要做些修修补补的工作就行了。

只是明朗的天空中还有两朵乌云，一朵与黑体辐射有关，另一朵与迈克尔逊实验有关。

然而, 事隔不到一年(1900年底)，就从第一朵乌云中降生了量子论，紧接着(1905年)从第二朵乌云中降生了相对论。

经典物理学的大厦被彻底动摇，物理学发展到了一个更为辽阔的领域。

正可谓“山重水复疑无路, 柳暗花明又一村”。

事情还要从19世纪下半叶说起，1870年在“铁血宰相”俾斯麦的领导下，德国(普鲁士) 赢得了普法战争，从法国得到大量战争赔款，同时迫使法国割让了亚尔萨斯和洛林两个省。

当时的德国，急于从一个以农业为主的“土豆王国”，变成一个工业化的“钢铁王国”。

德国的鲁尔区产煤，而紧靠鲁尔区的亚尔萨斯和洛林有丰富的铁矿，再加上大量的赔款，德国发展钢铁工业万事具备，就只欠提高冶炼技术这个东风了。

炼钢的关键是控制炉温，数千度的炉温，任何温度计都会熔化。

于是人们希望从钢水的颜色来辨认温度，这就大大促进了对黑体辐射(热辐射)的研究。

早已完成工业革命的英国，当然也在改进炼钢技术，因此许多英国科学家和德国同行一样，也致力于黑体辐射的研究。

奇怪的是，无论怎么努力，构造什么样的辐射模型，理论算出的黑体辐射曲线都不能与实验曲线一致。

不是在长波波段符合不好，就是在短波波段出现发散，即所谓“紫外光灾难”。

这就是开尔文勋爵在迎接新世纪的庆祝会上所谈的第一朵乌云－黑体辐射困难。

1900年底，德国理论物理学家普朗克发现，只要认为原子吸收或发出辐射时，能量不是连续的，而是一份一份的，就可以克服“紫外光灾难”，使黑体辐射的理论曲线与实验曲线相符。

普朗克简直不敢相信自己的发现，辐射能怎么可能会是一份一份的呢? 以往的物理理论都导不出这一结果。

人文的物理学答案

科学创作是什么【单选题】以下哪个不是本课程要讨论的问题（B）。

A、物理何关人文？B、人文何关我们？C、物理何关我们？D、我们是谁？哪来？哪去？【单选题】科学的主观体现在（A）。

A、科学被创造的过程B、科学被印证的过程C、科学被人接受的过程D、科学被传播的过程【判断题】朱光潜认为科学的态度是绝对客观，不含个人情感。

√物理何关人文（上）【单选题】人文“Humanity”这个词最早是在什么时期提出的？（D）A、古希腊时期B、古罗马时期C、中世纪时期D、文艺复兴时期【单选题】对当代人类学家说的文化描述不正确的是？（C）A、人类独特的适应性体系B、社会的传统信仰和行为体系C、对头脑的耕耘D、代代相传的东西【单选题】为什么会形成snow所说的“The two cultures”。

（A）A、科学和人文的体系都相对封闭B、科学和人文的起源不同C、科学和人文之间本来就没有交集D、科学和人文是互相矛盾的【判断题】文化在中国最早是指感化大家，是大家都有礼节，有规矩。

√【判断题】西方最早指的文化指的是修养。

√物理何关人文（下）【单选题】William James认为人文是（C）。

A、希腊文和拉丁文B、文学C、人类各种领域的名著D、除开自然科学以外的知识【单选题】薛定谔认为自然科学和别的学科在哪方面是一致的？（A）A、无心插柳柳成荫B、桃李不言下自成蹊C、都从一开始就期望有很大用处D、都包罗万象【单选题】William James认为怎样才能赋予学科以人文价值？（D）A、站在客观的角度B、站在主观的角度C、站在教学的角度D、站在历史的角度【判断题】薛定谔是量子力学的奠基人之一。

√【判断题】鲁迅认为人文和科学缺一不可。

√物理何关我们【单选题】美国第一任物理学会会长亨利.奥古斯特.罗兰认为怎样才能创造美国科学的未来？（C ）A、把电灯，电报这些时尚产品成为科学B、重视应用科学C、重视纯科学D、学习中国人【单选题】梁启超认为中国人科学进步有三期，不包含以下哪一个？（D ）A、器物上感觉不足B、制度上感觉不足C、文化根本上感觉不足D、能力上感觉不足【单选题】梁启超认为中国学术界有五大病症，不包括（B）。

第一朵乌云——黑体辐射疑难

第一朵乌云——黑体辐射疑难作者：赵峥来源：《中国科技教育》2015年第08期1900年4月27日，德高望重的物理学家开尔文勋爵在英国皇家学会迎接新世纪的年会上致辞。

他充满自信地讲道：“物理学的大厦已经建成，未来的物理学家只需要做些修修补补的工作就行了。

只是明朗的天空中还有两朵乌云，一朵与黑体辐射有关，另一朵与迈克耳孙实验有关。

”这两朵乌云，都与光的本性有关。

第一朵乌云，与光究竟是粒子还是波的问题有关，当时波动光学和电磁理论都表明光是波动，但是黑体辐射的问题却使人对光的波动说产生了怀疑。

解释这一实验产生的困难，最终导致了光量子理论的诞生，使人们惊讶地看到光不是简单的、单纯的波动，光还具有粒子性。

光既是波，同时又是粒子，这是怎么回事呢？1870年，普法战争结束，法国战败割地赔款，德国在得到阿尔萨斯和洛林两个省和一大笔战争赔款后，开始实施其工业化的目标。

德国的工程技术人员和科学家很快认识到提高钢铁质量的关键之一是控制炉温。

为此他们发明了通过钢水的热辐射来确定炉温的方法。

在高炉或平炉上开一个小孔，他们发现从小孔射出的热辐射的能量分布会呈现为一条曲线，他们称其为黑体辐射曲线。

当时已经知道热辐射是光波的一种，本质上是电磁波。

也就是说，黑体辐射的成分就是电磁波。

图l中这条黑体辐射曲线，横坐标表示辐射波长，左边波长短，呈现为蓝白色光，右边波长长，呈现为红色光。

纵坐标表示辐射能的密度。

科学家们发现这条曲线的高矮胖瘦的形状与温度有关，从对这些辐射曲线的描绘和测量，可以探知辐射的温度，它也就是钢水或铁水的温度。

而令科学家困惑不解的是，黑体辐射的能量分布为什么会呈现出这种形状的曲线。

于是他们试图构造物理模型来加以说明。

当时原子论已经被多数科学家接受，一般人认为物质的最小结构单元就是原子。

物质发射和吸引辐射就是由一个个原子进行的。

原子就像弹簧支配的谐振子，在不断地振动，吸收辐射，振动就加剧；放出辐射，振动就减弱。

维恩按照这样的思路，构造了一个物质发射和吸收辐射的模型，并通过计算描出了一根热辐射曲线，即图中的维恩线。