文档介绍：――物理学――第三章近代物理学的革命10、物理学晴朗天空中的两朵乌云经牛顿以来数代科学家的努力,以经典力学、热力学,统计物理学和电磁学为支柱,一座宏伟而近乎完美的经典物理学大厦得以建成。时至1900年,科学家们对当时所能观察到的几乎所有自然现象都能解释,都能说明这种自然现象的机制。这使得诸多物理学家沉溺于欢快陶醉之中,产生了这样一种看法:物理学的大厦已告落成,今后物理学的任务只是进一步精确化,即在一些细节上作些补充和修正,使已知公式中的各个常数测得更加精确一点。1900年物理学元老威廉·汤姆逊在迎接新世纪的科学讲演中盛赞了物理学大厦的完美,但他同时也指出:在这晴朗的物理学的天空中还有两朵乌云。一是迈克尔逊实验所带来的问题,另一个是热辐射的实验与经典理论解释上的冲突。对于迈克尔逊实验,还得从伽利略变换说起。我们知道,如果运动参照系是相对于某个惯性系的以作匀速直线运动的参照系,则分别在两个参照系中,对质点位置的测量所得到的坐标满足如下的伽利略变换:相应地,对质点运动速度的测量结果满足如下的变换:仔细考察一下就会发现,之所以有如此的变换,其原因在于牛顿力学体系的绝对时空观认为,在不同的参照系内对同一事件的测量结果都相同。在不同的参照系内,对不同两个事件其空间尺度、时间尺度和物质的测量都是相同的,即但问题是牛顿的时空观是先验性的,并没有足够可靠程度的实验基础。1865年麦克斯韦得到描述真空中平面电磁波的波动方程≈后,他就大胆地推测:光也是一种电磁波,c就是光在真空中传播的速度。麦克斯韦的工作无疑是件伟大的科学发现,但存在两个问题。一个问题是通常波动是由某种媒介传播的,如声波是由空气或钢铁来传播。那电磁波是由什么媒介传播的?而我们知道,光波可以从太阳发出,通过广袤的空间达到地球,似乎没有通过什么媒介。第二个问题是,如果光源以速度运动,则在与光源固结在一起的参照系内的观测者,他所测到的电场强度和磁感应强度无疑还是满足上述波动方程。但是,在地面的观测者所得到的波动方程中,那速度常数会有些不同,应为。这意味着,电磁波的波动方程在伽利略变换下形式不一样。换句话说,电磁现象的规律不满足伽利略变换。这似乎可以得到这样的结论,不同的惯性系中,电磁现象的规律是不一样的。麦克斯韦认为电磁波是通过一种特殊的媒介进行传播的,这种媒介就称为“以太”。“以太”这种媒介有着非比寻常的性质。第一,它可以是真空的广袤空间。第二,按照传统的弹性波动理论,要具有光速c这么大的速度,“以太”这种媒介要有极高的硬度。而这两者之间是极为矛盾的。但如果考虑到太阳对行星的吸引也不需要通过什么媒介,那电磁波的传播似乎也不需要什么媒介吧。虽然这在当时令人难以理解,但“以太”这种特殊的媒介还是不得不加以考虑。麦克斯韦还认为,地球相对于“以太”的速度与光速c相比,实在太小,其相关的效应测不出来。但用增加光程差的办法,还是可以测到干涉效应的。为此,,建议用罗默的天文学方法来研究这一问题。迈克耳逊知道这件事后,就精心设计了实验方法和实验装置。他认为只要地球相对于“以太”是以地球的轨道速度运动的,光波相对于地球的速度与相对于“以太”的速度不同,那干涉条纹会发生可以观察得到的移动。但1884和1887年,迈克耳逊两度精密的实验,却一丁点干涉条纹的移动也没观察到。这意味