现代科技概论-物理学共27页
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• 19世纪末古典物理学大厦建成
• 在热和光动力理论上空的19世纪乌云
开尔文勋爵(Lord Kelvin)，1900年
动力学理论断言，热和光都是运 动的方式。但现在这一理论的优 美性和明晰性却被两朵乌云遮蔽， 显得黯然失色了……
物理学晴朗天空中的两朵乌云
The physical sky is obscured by two clouds
• 第一篇论文发表在《物理学年鉴》第17卷132-148页， 是关于光电效应的。当时人们已经发现，金属在光的 照射下可以发射出电子。但奇怪的是，光的强度只与 电子的多少有关，而不能使电子的发射能量变大。对 这一点古典物理学无法解释。
• 爱因斯坦将德国物理学家普朗克在此之前提出的量 子观点大胆推广，指出光是由一定能量的光量子组成。 正是这些光量子激发了金属内部的电子，而且，只有 一定能量的光量子能被金属所吸收，并激发一定能量 的电子。这就解释了光电效应。由于这篇论文，爱因 斯坦获得了1921年的诺贝尔物理奖。
• 迈克尔逊-莫雷实验的零结果
Michelson–Morley experiment
1886年，美国物理学家迈克尔逊和莫雷进行探测光以太对于地 球的漂移速度的实验，在人们当时的观念里，以太代表了一个 绝对静止的参考系，而地球穿过以太在空间中运动，就相当于 一艘船在高速行驶，迎面会吹来强烈的“以太风”。这可能是 当时物理史上进行过的最精密的实验了，但是迈克尔逊和莫雷 一连观测了数天，没有观测到以太的飘移速度，以失败告终。
在伯尔尼专利局的岁月里，爱 因斯坦广泛关注着物理学界的前沿 动态，在许多问题上深入思考，形 成了自己独特的见解。1905年是科 学史上值得记取的一年，这一年中， 爱因斯坦在德国《物理学年鉴》发 表了五篇论文，其中的三篇每篇均 属划时代的成就。
相对论：世界图景的重建
Theory of relativity: reconstructing the picture of the world
迈克尔逊-莫雷实验
黑体辐射与紫外灾难
相对论
量子力学
世纪之交的物理学
Physics at the turn of century
• X射线：伦琴(Wilhelm Conrad Roentgen) • 放射性：居里夫妇(Marie and Pierre Curie) • 电子：汤姆孙(Joseph John Thomson) • 原子结构：卢瑟福(Ernest Rutherford) • 量子：普朗克(Max Planck)
在同样的温度下，不同物体的发光亮度和颜色（波长）不同。 颜色深的物体吸收辐射的本领比较强，比如煤炭对电磁波的吸 收率可达到80％左右。所谓“黑体”是指能够全部吸收外来的 辐射而毫无任何反射和透射，吸收率是100％的理想物体。
英国物理学家瑞利和物理学家、天文学家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。但是，从瑞利一金斯公 式推出，在短波区（紫外光区）随着波长的变短，辐射强度可 以无止境地增加，而实验数据是趋于零，这部分的严重偏离， 被称为“紫外灾难”。
大部分人认为，物理学大厦已经最终建成，剩下的 工作只是把物理常数的测量弄得再准确一些。
量子力学奠基人普朗克的老师约利就曾劝说普朗克 不要学习物理，因为“这门科学中的一切都已经被 研究了，只有一些不重要的空白需要被填补”。
古典物理学的顶峰与物理学危机
The zenith and crisis of classical physics
相对论：世界图景的重建
Theory of relativity: reconstructing the picture of the world
早在16岁时爱因斯坦就在想一个问题，如果一个人以光速远行， 他将看到一幅什么样的世界景象呢，电磁波是不是就像凝固了 那样静止不动呢，如果是那样，电动力学就完了。看起来，电 动力学的麦克斯韦方程只对一个绝对静止不动的参考系即以太 参考系是成立的。可是这与牛顿力学所遵从的惯性系等效原理 相矛盾。
• 难以观测到以太的绝对运动，这便动摇了经典物理 学和经典时空观的基础
物理学晴朗天空中的两朵乌云
The physical sky is obscured by two clouds
• 黑体辐射与紫外灾难
Black Body Radiation and the Ultraviolet Catastrophe
所有的牛顿定律对于所有的惯性系都是成立的，伽利略恰当地 称之为相对性原理。他的著名实验是，一个坐在船舱里的人无 论用什么物理实验，也无法确定该船是否在相对于河流做均匀 直线运动即惯性运动。可是，电动力学为什么不遵从伽利略的 相对性原理呢?
相对论：世界图景的重建
Theory of relativity: reconstructing the picture of the world
相对论：世界图景的重建
Theory of relativity: reconstructing the picture of the world
• 第二篇论文发表在《物理学年鉴》第17卷549-560页，是关于 布朗运动的。布朗运动是1827年英国植物学家布朗发现的显 微镜下花粉颗垃的无规则运动，长期以来得不到解释。分子运 动论建立之后，曾有人从大量分子无规则运动的观点解释布朗 运动。但爱因斯坦第一个从数学上详尽地解决了这一问题。
物理学晴朗天空中的两朵乌云
The physical sky is obscured by two clouds
• 黑体辐来自百度文库与紫外灾难
Black Body Radiation and the Ultraviolet Catastrophe
物理学晴朗天空中的两朵乌云
The physical sky is obscured by two clouds
19世纪末20世纪初的物理学革命
Physics Revolution in 19C-20C
古典物理学的顶峰与物理学危机
The zenith and crisis of classical physics
• 19世纪末古典物理学大厦建成
形成牛顿力学体系为中心，声学、热学、光学和电 磁学大一统，小到原子、大到宇宙天体的世界图景， 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”。
• 在热和光动力理论上空的19世纪乌云
开尔文勋爵(Lord Kelvin)，1900年
动力学理论断言，热和光都是运 动的方式。但现在这一理论的优 美性和明晰性却被两朵乌云遮蔽， 显得黯然失色了……
物理学晴朗天空中的两朵乌云
The physical sky is obscured by two clouds
• 第一篇论文发表在《物理学年鉴》第17卷132-148页， 是关于光电效应的。当时人们已经发现，金属在光的 照射下可以发射出电子。但奇怪的是，光的强度只与 电子的多少有关，而不能使电子的发射能量变大。对 这一点古典物理学无法解释。
• 爱因斯坦将德国物理学家普朗克在此之前提出的量 子观点大胆推广，指出光是由一定能量的光量子组成。 正是这些光量子激发了金属内部的电子，而且，只有 一定能量的光量子能被金属所吸收，并激发一定能量 的电子。这就解释了光电效应。由于这篇论文，爱因 斯坦获得了1921年的诺贝尔物理奖。
• 迈克尔逊-莫雷实验的零结果
Michelson–Morley experiment
1886年，美国物理学家迈克尔逊和莫雷进行探测光以太对于地 球的漂移速度的实验，在人们当时的观念里，以太代表了一个 绝对静止的参考系，而地球穿过以太在空间中运动，就相当于 一艘船在高速行驶，迎面会吹来强烈的“以太风”。这可能是 当时物理史上进行过的最精密的实验了，但是迈克尔逊和莫雷 一连观测了数天，没有观测到以太的飘移速度，以失败告终。
在伯尔尼专利局的岁月里，爱 因斯坦广泛关注着物理学界的前沿 动态，在许多问题上深入思考，形 成了自己独特的见解。1905年是科 学史上值得记取的一年，这一年中， 爱因斯坦在德国《物理学年鉴》发 表了五篇论文，其中的三篇每篇均 属划时代的成就。
相对论：世界图景的重建
Theory of relativity: reconstructing the picture of the world
迈克尔逊-莫雷实验
黑体辐射与紫外灾难
相对论
量子力学
世纪之交的物理学
Physics at the turn of century
• X射线：伦琴(Wilhelm Conrad Roentgen) • 放射性：居里夫妇(Marie and Pierre Curie) • 电子：汤姆孙(Joseph John Thomson) • 原子结构：卢瑟福(Ernest Rutherford) • 量子：普朗克(Max Planck)
在同样的温度下，不同物体的发光亮度和颜色（波长）不同。 颜色深的物体吸收辐射的本领比较强，比如煤炭对电磁波的吸 收率可达到80％左右。所谓“黑体”是指能够全部吸收外来的 辐射而毫无任何反射和透射，吸收率是100％的理想物体。
英国物理学家瑞利和物理学家、天文学家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。但是，从瑞利一金斯公 式推出，在短波区（紫外光区）随着波长的变短，辐射强度可 以无止境地增加，而实验数据是趋于零，这部分的严重偏离， 被称为“紫外灾难”。
大部分人认为，物理学大厦已经最终建成，剩下的 工作只是把物理常数的测量弄得再准确一些。
量子力学奠基人普朗克的老师约利就曾劝说普朗克 不要学习物理，因为“这门科学中的一切都已经被 研究了，只有一些不重要的空白需要被填补”。
古典物理学的顶峰与物理学危机
The zenith and crisis of classical physics
相对论：世界图景的重建
Theory of relativity: reconstructing the picture of the world
早在16岁时爱因斯坦就在想一个问题，如果一个人以光速远行， 他将看到一幅什么样的世界景象呢，电磁波是不是就像凝固了 那样静止不动呢，如果是那样，电动力学就完了。看起来，电 动力学的麦克斯韦方程只对一个绝对静止不动的参考系即以太 参考系是成立的。可是这与牛顿力学所遵从的惯性系等效原理 相矛盾。
• 难以观测到以太的绝对运动，这便动摇了经典物理 学和经典时空观的基础
物理学晴朗天空中的两朵乌云
The physical sky is obscured by two clouds
• 黑体辐射与紫外灾难
Black Body Radiation and the Ultraviolet Catastrophe
所有的牛顿定律对于所有的惯性系都是成立的，伽利略恰当地 称之为相对性原理。他的著名实验是，一个坐在船舱里的人无 论用什么物理实验，也无法确定该船是否在相对于河流做均匀 直线运动即惯性运动。可是，电动力学为什么不遵从伽利略的 相对性原理呢?
相对论：世界图景的重建
Theory of relativity: reconstructing the picture of the world
相对论：世界图景的重建
Theory of relativity: reconstructing the picture of the world
• 第二篇论文发表在《物理学年鉴》第17卷549-560页，是关于 布朗运动的。布朗运动是1827年英国植物学家布朗发现的显 微镜下花粉颗垃的无规则运动，长期以来得不到解释。分子运 动论建立之后，曾有人从大量分子无规则运动的观点解释布朗 运动。但爱因斯坦第一个从数学上详尽地解决了这一问题。
物理学晴朗天空中的两朵乌云
The physical sky is obscured by two clouds
• 黑体辐来自百度文库与紫外灾难
Black Body Radiation and the Ultraviolet Catastrophe
物理学晴朗天空中的两朵乌云
The physical sky is obscured by two clouds
19世纪末20世纪初的物理学革命
Physics Revolution in 19C-20C
古典物理学的顶峰与物理学危机
The zenith and crisis of classical physics
• 19世纪末古典物理学大厦建成
形成牛顿力学体系为中心，声学、热学、光学和电 磁学大一统，小到原子、大到宇宙天体的世界图景， 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”。