物理界的两朵乌云
1895年,伦琴发现了X射线。
1896年,贝克勒尔发现了铀(yóu)元素的放射现象。
1897年,居里夫人和她的丈夫皮埃尔·居里研究了放射性,并发现了更多的放射性元素:钍(tǔ)、钋(pō)、镭(léi)。
1897年,J.J.汤姆逊在研究了阴极射线后认为它是一种带负电的粒子流。电子被发现了。
1899年,卢瑟福发现了元素的嬗(shàn)变现象。
新的发现接连涌现,让物理界感觉到了山雨欲来风满楼的压抑感。
1900年4月27日,伦敦,开尔文的演讲名为《在热和光动力理论上空的19世纪乌云》。他的第一段话是这么说的:
“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……”
第一朵乌云
迈克耳逊-莫雷实验与“以太”说破灭。
首先说一下,什么是“以太”?
“以太”一词的由来则早在古希腊:亚里士多德在《论天》一书里阐述了他对天体的认识。他认为日月星辰围绕着地球运转,但其组成却不同于地上的四大元素:水、火、气、土。天上的事物应该是完美无缺的,它们只能由一种更为纯洁的元素所构成,这就是亚里士多德所谓的“第五元素”以太。
今天,以太作为另外一种概念用来命名一种网络协议(以太网Ethernet),
我们知道,水波的传播要有水做媒介,声波的传播要有空气做媒介,它们离开了介质都不能传播。
那么光波为什么能在真空中传播?它的传播介质是什么?物理学家给光找了个传播介质——“以太”。
这样太阳光穿过真空传到地球上,几十亿光年以外的星系发出的光,也穿过宇宙空间传到地球上。
物理学家们还假定整个宇宙空间都充满了“以太”,“以太”是一种由非常小的弹性球组成的稀薄的、感觉不到的媒介。19世纪时,麦克斯韦电磁理论也把传播光和电磁波的介质说成是一种没有重量,可以绝对渗透的“以太”。“以太”既具有电磁的性质,又是电磁作用的传递者,又具有机械力学的性质,它是绝对静止的参考系,一切运动都相对于它进行。这样,电磁理论因牛顿力学取得协调一致。“以太”是光、电、磁的共同载(zǎi)体的概念为人们所普遍接受,形成了一门“以太学”。
但是,肯定了“以太”的存在,新的问题又产生了:地球以每秒30公里的速度绕太阳运动,就必须会遇到每秒30公里的“以太风”迎面吹来,同时,它也必须对光的传播产生影响。这个问题的产生,引起人们去探讨“以太风”存在与否。
为此,1887年,迈克耳逊与美国化学家、物理学家莫雷合作,在克利夫兰进行了一个著名的实验:“迈克耳逊-莫雷实验”,即“以太漂移”实验。
实验结果证明,不论地球运动的方向同光的射向一致或相反,测出的光速都相同,在地球同设想的“以太”之间没有相对运动。因而,根本找不到“以太”或“绝对静止的空间”。由于这个实验在理论上简单易懂,方法上精确可靠,所以,实验结果否定了“以太”的存在。
迈克尔逊-莫雷实验是物理史上最有名的“失败的实验”。它当时在物理界引起了轰动,因为“以太”这个概念作为绝对运动的代表,是经典物理学和经典时空观的基础。
这第一朵乌云,最终导致了相对论革命的爆发。
在这个世纪初,伟大的科学家爱因斯坦出场了!
用户评论