经典物理学的危机(从经典力学到相对论和量子论)

科学总是向前发展的，托勒密的地心说被哥白尼的日心说取代，这就是一种对权威的挑战以及超越，而最终的目的是科学的进步。20世纪初，在牛顿经典物理学达到顶峰，形成一种权威的时候，也出现了对这种权威的挑战——爱因斯坦提出的相对论和普朗尼提出的量子论，而这个挑战引起了物理学的一场革命，也促进了科技和经济、社会的飞跃，促进了人类认识能力和思维模式的发展，也改变了人们的自然观念。从这里，你将了解相对论和量子论的主要内容及其意义。

一、经典物理学的创立与危机

（一）经典物理学的创立

过程：

1）时间：17—19世纪

2）基础：17世纪牛顿创立的经典力学

3）体系：19世纪，在经典力学的基础上，光学、热力学、电磁学、天体物理学等新兴学科取得长足进步，形成了经典物理学体系。

4）意义：经典物理学把人类对自然界的认识推进到前所未有的深度和广度。

（一）经典物理学的危机

1）经典物理学的绝对化：当时人们以牛顿力学为代表的经典物理学看作了绝对权威的理论，认为一切自然现象都可以用经典物理学加以说明。

2）物理学的新发现：X射线、放射性和电子的发现，这三大发现都无法用经典物理学来解析，与经典物理学的理论体系产生了尖锐的矛盾，揭示了经典物理学的局限性。

经典物理学所研究的是人们日常生活中易于理解的宏观世界，三大发现所揭示的却是人们没有直接经验的微观现象。这就要求人们对物质的认识要提高到一个新的层次，物理学要进行一场彻底的变革。

二、爱因斯坦与相对论

（一）爱因斯坦的生平

爱因斯坦（1879-1955），德国物理学家。1905年获得哲学博士学位。曾在多所大学教授，并当选为普鲁士科学院的院士。1921年，他因在光点效应上的贡献获得诺贝尔物理学奖。1933年，因受纳粹政权的迫害，迁居美国。1940年入美国籍。

（二）相对论的提出

相对论的两个基本原理：相对性原理和光速不变原理。

狭义（1905年）：物体运动时，质量会随着物体运动速度的增大而增加，同时，空间和时间会随着物体运动速度的变化而变化。广义（1916年）：空间和时间不可能离开物质而独立存在，空间结构和性质取决于物质的分布，是人类进一步深化了对时间、空间和引力现象的认识。

狭义相对论和广义相对论统称相对论。

相对论提出的意义：

1）相对论观点提醒人们，不要被常识和日常经验所蒙蔽，常识并不一定总是正确的。

2）相对论的提出是物理学领域最伟大的革命……

3）相对论打破了经典物理学的绝对思维，为人们提供了不辨证地看待世界的途径。

三、量子理论中的微观世界

（一）普朗克生平介绍

德国物理学家，生于基尔。先在慕尼黑的马克西米利安大学

预科就读，后进入慕尼黑大学。三年后转到柏林大学，在赫尔姆霍茨和基尔霍夫指导下从事研究工作。1880年到慕尼黑大学任教。1885年成为基尔大学教授。基尔霍夫逝世后，继任柏林大学理论物理学教授。1928年辞去柏林大学教授职务，而由薜定谔接替。1926年被选为英国皇家学会的会员。

普朗克早期从事热力学的研究。他于1879年所写的毕业论文，就是关于热力学的第二定律，对克劳修斯的不可逆性定义提出了某些批评。1880-1890年，发表了一系列的论文，阐述了建力学立在热化的基础上学平衡理论，同时讨论了气体离解、渗透压力和溶液冰点下降、关于热力学定律的表述等问题。

1900年，普朗克为了克服经典物理学对黑体辐射现象解释上的困难，创立了物质辐射（或吸收）的能量只能是某一最小能量单位（能量量子）的整数倍的假说，即量子假说。他引进了一个物理普适常数，即普朗克常数，以符号h表示，其数值为6.626176×10-27尔格·秒，是微观现象量子特性的表征。

量子论的发展：

1）爱因斯坦提出了光的量子理论。

2）丹麦物理学家玻尔提出了原子的量子理论。

3）在这个基础上，一门新的物理学分支量子力学建立起来。

量子力学标志着人类的认识对客观规律的认识，开始从宏观世界深入到微观世界。

量子论提出的意义：

1）量子理论是现代物理学的另一支柱，是非世纪最深刻、最有成就的科学理论之一，使人类对微观世界的认识有了革命性的进步。

2）量子力学对化学、生物学、医学、古生物学和地质学等科学领域都产生了大众的影响，带来了许多划时代的技术创新，直接推动了社会生产力的发展，从根本上改变了人类的物质生活。

四、现代物理学兴起的意义

1、量子理论和相对论一起，共同构成了现代物理学的基础。

2、量子理论和相对论弥补了物理学在宏观宇宙世界和微观粒子世界面前的空缺，描绘了一个崭新的世界，大大开阔了人们的视野，改变了世界的角度和方式。

3、量子论和相对论不仅对物理学本身，对自然科学，而且对整个人类的思维都产生了不可磨灭的影响。

五、现代人的评价

科学的最大敌人是思维的惰性。所谓思维惰性是指人类自身具有的一种心理自我保护机制。人们总有一种维护自己固有观念的心理倾向，一旦出现新的思想，他总是用自己的已有知识去解释，即把新的知识同化于他的已有的思想体系中，若不能同化，他就会本能地排斥、抵制不符合自己观念的东西。这是人类思维的致命弱点。

普朗克提出了量子理论假说后，因为思想僵化，不但不敢相信自己的理论，反而把自己提出的理论收回去：1900年，43岁的普朗克发表了他划时代的革命性的量子假说。但是他“想方设法要把作用量子纳入古典理论中去，然而终归徒劳。”这些徒劳无益的做法持续了许多年，花费了他不少心血。这种迷惘的来源诚如海森堡所指出的那样：“普朗克由于在整个世界观上是保守的，他根本就不喜欢这个结果……”