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以史为鉴物理学(一)

2020-02-05  智能人做...

从学科发展的角度讲,物理学中尚有大量重大问题未解决,这是很自然的事,而其中理论与实践出现了明显冲突的地方则是值得特别注意的。有人把这种问题叫作物理学的危机。危机向我们暗示,某种传统的理论思维需要有革命性的变革,这种变革将给物理学带来新的重要进展。因此,危机的出现是学科生长的机遇。

开尔文:“物理学已经可以认为是完成了,下一代物理学家可以做的事看来不多了,但是,在物理学的晴朗天空的远处,还有两朵令人不安的小小乌云。”这两朵乌云就是迈克尔逊一莫雷实验和黑体辐射实验,这两个实验无法在经典物理学的框架内获得解释。今天我们知道,正是光速不随观测系统而变的迈克尔逊一莫雷实验导致爱因斯坦提出了相对论理论,也正是黑体辐射实验导致普朗克提出了量子理论。

Maxwell 1871: “这样的意见似乎已经传开:在不多几年之内,所有重要的物理常数都将被近似估值,留给科学家做的唯一工作是进行这些测量,测到另一位小数…… 但是我们没有权利对天地万物的不可探究的丰富多样性抱这种想法,也没有权利如此设想那些清新的心灵的创造力,它将继续包容和反映出这种丰富多样性”。

Planck《科学自传》:“新的科学真理并不是通过说服它的反对者并使他们理解新理论,而是由于它的反对者逐渐死去,新的一代成长起来并熟悉它而取得胜利的。”

量子力学的奠基人Planck曾如此讲述他选择物理学作为终生职业的原因:“外部世界是某种独立于人的东西,是某种绝对的东西,探索适用于这一绝对本体的定律,在我看来是一生最崇高的追求”。

1899年11月7日,Planck又一次体验到了那对“绝对”的召唤,他发现描述黑体辐射谱密度的Wien指数定律中的两个常数(普朗克常数h和玻尔兹曼常数k)连同光速和牛顿引力常数一起,足以得到一个自然单位系统:“借助于这两个常数,有可能给出长度、质量、时间和温度的单位(现在叫做Planck长度……),这些单位与具体的物体和物质无关,在一切时候、对一切文化(包括地球外的文化和人类以外的文化)都保持它们的意义”。


1900年10月7日晚上,Planck首次写下完全正确的谱密度公式,与实验值在全部谱宽上符合,在10月19日的一次会议上首次宣布了这个结果,在12月14日投寄的一篇论文里给出了他的著名公式,这一天标志着量子物理学的诞生,两个常数h和k也是在这篇文章里首次出现的。


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