现代科学技术的发展：“两朵乌云”

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1、世纪之交的两朵乌云在展望20世纪物理学前景时，开尔文若有所思地讲道：动力理论肯定了热和光是运动的两种方式，现在，它的美丽而晴朗的天空却被两朵乌云笼罩了，第一朵乌云出现在光的波动理论上，第二朵乌云出现在关于能量均分的麦克斯韦-玻尔兹曼理论上。两朵乌云:搜寻“以太”存在证据的迈克耳孙–莫雷实验研究物体热辐射性质的“黑体辐射”实验6.1黑体辐射规律的紫外灾难第六章物质观的革命室温下的反射光照片1100K的自身辐射光照片好的吸收体也是好的辐射体黑体的辐射黑体：能吸收一切外来辐射，而无反射的物体。黑体模型黑

2、体是最理想的发射体黑体辐射问题是研究热辐射与周围环境处于平衡态时的能量按波长（频率）的分布问题。热辐射：由于物体中分子、原子受到热激发而发射电磁波辐射的现象。单色辐出度：物体从单位面积上发射的，波长介于和+d之间的辐射功率dE与d之比。单色辐出度是波长和温度的函数，它反映了在一定的温度下，辐射能量按波长的分布。401231700K1100K1300K1500K斯忒藩-玻尔兹曼定律：物体的辐出度与温度的四次方成正比。斯忒藩常数：维恩位移定律：能谱分布曲线的峰值对应的波长m与温度T的乘积为

3、一常数。太阳为什么最明亮?m=b/T宇宙微波背景辐射是大爆炸的残留辐射，它的辐射波长被宇宙的膨胀红移（拉伸）到了微波波段。在这张图片中，NASA的威尔金森微波各向异性探测器用不同的颜色记录了微波背景辐射中细微的温度差异。较热和较冷的点演化成了今天宇宙中的星系团和宇宙巨洞。将太阳和地球看作黑体，试证明地球表面温度和太阳表面温度的关系。1893年,德国物理学家维恩给出维恩定律：（A和B为经验参数）4012356789维恩线1899年英国科学家给出瑞利-金斯公式：4012356789瑞利-金斯线经典理

4、论在短波区域的失败成为“紫外灾难”。4012356789普朗克常数：6.2黑体辐射的量子理论1900年普朗克提出普朗克经验公式（1）长波情况下，λ很大，则所以有瑞利—金斯定律（2）短波情况下，λ很小，则所以有维恩定律经典理论的基本观点：（1）电磁辐射来源于带电粒子的振动，电磁波的频率与振动频率相同。（2）振子辐射的电磁波含有各种波长，是连续的，辐射能量也是连续的。（3）温度升高，振子振动加强，辐射能增大。普朗克量子假设：对于频率为的振子，振子辐射的能量不是连续的，而是分立的，它的取值是某一最小能

5、量h的整数倍。（n=1，2，3…）×1900年12月24日，普朗克在法国物理学会的圣诞会上宣读了题为《关于正常光谱的能量分布定律》的论文，提出了与经典物理学格格不入的能量量子化假设：普朗克于1918年度诺贝尔物理学奖。19世纪和20世纪之间物理学上一系列新发现的重大意义在于：第一，破除了物理学已经达到“绝对真理”的思想，敞开了通往微观高速领域的大门，发现了物理学的新的生长点。第二，暴露了经典物理学的局限性，冲击和动摇了经典物理学中一系列基本概念和基本规律，如质量、能量的概念；质量与运动的关系；

6、质量与能量的关系等等，揭开了物理学革命的序幕。第三，给当时占统治地位的形而上学机械论的自然观以巨大打击，证实和丰富了辩证唯物主义的哲学。总之，世纪之交物理学上的这些重大发现，决不是物理学的“危机”，而是一场伟大革命的序幕，人类对自然界的探索是永无止境的。