天空中的两朵乌云

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1、天空中的两朵乌云之狭义相对论上下五千年，纵横五万年，看看那历史的星空，悠悠的飘着的两朵乌云，狂风乍起，整个经典力学的大厦轰然倒塌，继而崛起的是两大新的生命——相对论与量子力学。现随我来回顾一下那个惊人岁月的惊人发现。故事还得回到意大利那个的盛夏······在地中海的沿岸有一个国家像一只靴子伸进了蔚蓝的大海中。那就是意大利。当然我们要追回到四个多世纪以前，那时她就是整个物理学的中心。在那里有一位名气不逊色于任何意大利足球明星的科学家——伽利略。他是近代实验物理学的始祖，还给以他名字命名的相对性原理。这条原理就是相对

2、的源头之一。话说伽利略就不得不谈谈他的比萨塔实验，两个不同重量的铁球同时落地，用实验的方法来否定柏拉图式的完全依靠个人沉思而忽略周围世界的研究方法得到了认可，不仅如此，历史如此的相似，牛顿因看到苹果落地而发现了万有引力，阿尔伯特·爱因斯坦也因此想到了等效性原理。除了提出了相对性原理的思想之外，伽利略还为物理学的发展做出了很多杰出的贡献，包括落体规律，惯性定律等的研究。转眼间，苹果花香飘到了乌尔村，1642年的圣诞之夜，牛顿诞生于林肯郡的乌尔索普村。说起牛顿，我们还得聊聊他的童年，其中有兴许很多值得我们思量再三。小

3、牛顿出生的前三个月，父亲就撒手人寰，随后母亲改嫁，小牛顿跟随其祖母，甚是凄苦。所幸的是祖母对他疼爱有佳。他舅舅是个木匠，小牛也就有机会做做小玩意，讨好那些在学校欺负他的学生，一次一个比他大的学生将他的一个自认为很得意的木制玩具故意弄坏，惹怒了小牛顿，于是和那同学打了一架，并且还打赢了，由此取得了强列的上进心，从此成绩一跃前茅。之后以优异的成绩被推荐到剑桥大学三一学院。1665年到1666年间伦敦发生了一场大瘟疫。学校停课，牛顿回到家乡乌尔索普。正是这期间，发生了苹果故事。从此，在物理学家眼中，苹果树有如同佛教的菩

4、提树一样神圣。牛顿一生所做的贡献颇多，其中最具有影响的当是他发现的万有引力和运动三定律了。在《自然哲学与数学原理》一书中，他说：“绝对的、真实的和数学的时间，由其特性决定，自身均匀的流逝，与一切外在事物无关······绝对空间：其自身特性与一切外在事物无关，处处均匀，永不移动。”这表明在牛顿看来时间与空间是绝对的，是一个相互独立又与外事万物无关的。时空的绝对性正是整个经典物理学的基础，然而这正是问题的所在，必将导致整个经典物理学的倒塌，取而代之却是天空飘浮着的两朵乌云。顺便聊聊题外话，笛卡儿坐标系听说过吧，它就是

5、著名的数学家物理学家笛卡儿创造的，然笛卡儿的情书一事或许你就有所不知了，在笛卡儿生命的最后一刻他寄出了给公主的第13封面情书，上面就只有一个式子：r=1-sinθ。这就是著名的心脏线，不防你自个画一画，这封情书绝对不逊于历史任何一封最有创意、最浪漫的情书了。时光流到1856年，一名叫詹姆斯克拉克麦克斯韦的英国物理学家出现了。在这一年里，他陆续发表了他的“电磁学三部曲”：《论法拉第的力线》、《论物理学力线》、《电磁场的动力学理论》。正是这三篇论文中，麦克斯韦给出了著名的“麦克斯韦方程组”。经过赫兹等人的简化，变成了

6、现在通行的形式。下面我们来看看这组优美的方程，一睹其方容。在这里，我们不把它当做一组烦琐的数学方程来读。因为与其说它是一组方程还不如说它是一首诗歌。其对称性达到了极致。电生磁，磁生电，并预言电磁波的存在。1887年赫兹首次在实验室里证明了电磁波的存在，很快，马可尼在英国实现了无线电通信，预示着的电磁波时代的来临。如今，无线电成为我们生活中极其重要的一部，手机，互联网，雷达，卫星······没有无线电，我们很难想象我们今天的生活会是什么样子。正当人们惊喜于这样伟大的发现，以为物理学到此就走向了完结，后人所要做的就是

7、一些修修补补，然而新的问题又出现了，人们发现麦克斯韦方程中推出来的光速C不满足相对性叠加原理······本想借助以太学说弥补，然两朵乌云出现了，第一朵便是迈克尔逊—莫雷实验给出了一个另人出乎意料的结果，实验测得的0.01条移动条纹与理论上的0.4条相差甚远，显然这是物理学家们不愿看到了，第二朵乌云则与黑体辐射有关。另人想不到的是，两朵乌云竟如此强大，导致了大厦的轰然倒塌。聊聊以太，以太是什么？没有人知道，首先是由笛卡儿提出来的，他认为虚无的空间是不存在的，宇宙间到处充满了以太。但是牛顿不支持光的波动学说，他认为光

8、是一种粒子，后来以太也就被冷落了。到了19世纪，人们看到了光的干涉、衍射等现象，以太得到了新生，此后波动学说成为了主流，尤其在麦克斯韦发表了他的绝句之后，以太的身份问题引起了注意。于是测量“以太漂移”的浪潮席卷天下，其中迈克尔逊莫雷实验最为出名，结果让所有人大失所望。为了解决天空中的第一朵乌云，解释迈克尔逊莫雷实验，有不少人做了很多工作，取的成果却是甚微，虽然洛伦兹给出的