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FOCUS
时空革命 100 年下相对论之后
甘信风/ 文
世纪早期经典物界竟然无从统一它们
理学遭遇了有史以来最严之间的深层矛盾一直在
重的挑战物理学从此进困扰着从爱因斯坦到今
入剧烈的动荡时期天的物理学家
上期为什么有个相
对论一文中说到迈
自然不能无限分割
克耳逊的以太实验导致了
相对论的出现引发了一大家都知道一个
场人类时空观的革命而物体之所以看上去是白
对黑体辐射实验的探索则色的那是因为它反射
导致了量子革命的爆发所有频率的光波反之
这是一场声势浩大的革爱因斯坦孤独的背影如果看上去是黑色的
命在整个世纪头那是因为它吸收了所有
年物理学革命的浪潮一频率的光波的缘故物
浪高过一浪其间涌现了理上定义的黑体指
一大批世纪最优秀的的是那些可以吸收全部
物理学家外来辐射的物体比如
两场革命刷新了物理一个空心的球体内壁
学的图景现代物理学从此奠基此后的一个世纪涂上吸收辐射的涂料外壁上开一个小孔那么因
中相对论和量子理论成为现代物理学两大支柱为从小孔射进球体的光线无法反射出来这个小孔
相对论是宏大范围内的物理规律在恒星和星系这看上去就是绝对黑色的即是我们定义的黑体
样的宇宙尺度上起作用它研究的是这样的问题世纪末物理学家们在研究黑体内部空
宇宙有开端和结束吗宇宙最远的地方在哪里与间中的辐射状态时发现他们研究出的公式总能导
之相反量子理论则专注于微小世界诸如夸克电出黑体的辐射强度无止境地增大这些公式因在波
子等基本粒子它研究的问题是物质能够被分割长较短的紫外区中出现了如此荒谬的结论因此被
得越来越小吗如果能最小的物体是什么它们称为紫外灾难由于这些公式是根据经典物理学
的运动规律又怎样理论推导出来的因此紫外灾难实际上也是整
不过奇怪的是现代物理学的这两大支柱似乎个经典物理学的灾难这就是开尔文提到的两朵
在各唱各的调互不买帐最小的世界和最大的世小小的令人不安的乌云中的一朵
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万方数据
时空革命 100 年下相对论之后
年普朗克在研究这个问题的过程中发克的公式但不接受据此公式推导出的能量子假
现必须假设在光波的发射和吸收过程中物体的说连普朗克都不愿意相信这个假说一直想取消
能量变化是不连续的即能量可以划分成n个相等它以维护经典理论这种徒劳无益的做法持续了
的小份每个小份叫能量子这样才能消除经典物许多年
理学中的紫外灾难而这时爱因斯坦成了第一个为量子理论呐喊的
在那之前人们一直认为自然过程是连续不断人同样是在物理学年鉴杂志上同样是在
的可以永远细分下去永不断绝经典物理学也年但比狭义相对论那篇论文更早些爱因斯坦发
一向认为能量是连续的无限可分的这种连续性表了一篇名叫关于光的产生和转化的一个启发性
的观念还是微积分的根本基础牛顿麦克斯韦那观点的论文在这篇论文中他首先把普朗克的
庞大的运动学电磁学体系便建筑在这个地基之量子假设应用到对光电效应的解释中
上度过了数百年的风雨而现在能量不能无限光电效应是指当光照射到金属上的时候会
连续的假设使经典物理学所赖以建立的根本基础开从它的表面打出电子的现象科学家们在实验中发
始动摇了一场通向物理学新世界的革命开始了现对于某种特定的金属来