按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页，按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页，按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部！
————未阅读完？加入书签已便下次继续阅读！
在这一点上，牛顿功不可磨。
围绕着牛顿建立起来的经典力学体系，后来的物理学家们先后从动量、能量角度描述了牛顿定律，从17世纪到19世纪，陆续建立起了分析力学、刚体力学、弹性力学、流体力学……
19世纪，物理学除了在经典力学领域的所向披靡外，在其他的方面也战绩斐然。
英国物理学家麦克斯韦分别于1856年、1861年和1865年发表了三篇划时代的论文，建立起坚如磐石的经典电磁学理论，其中提出了著名的麦克斯韦方程组，被誉为上帝的诗篇，构建了经典电磁学的完美架构。
或许，我们应该来看一下这又一位充满神奇色彩的英国天才。
伟大的奥斯特发现了电流的磁效应，再加上伟大的安培的开创工作，两位先贤描绘了电磁大厦的草图。
伟大的法拉第用电磁感应定律为大厦奠定了坚实的基础。
而伟大的麦克斯韦在竣工那天，以电磁学方程组为它剪彩，标志大厦的最终落成。
乌尔河在碧绿的田野中辗转迂回，静静地流向远方。帕顿教堂肃静而又高耸，倒映在平静清澈的肯湖中。一切的一切，都是那么的恬适而美丽。
1831年，在母亲40岁那年，麦克斯韦在爱丁堡来到了人间。虎父无犬子。父亲是一个律师，同样也是皇家学会的会员，这也使得小麦克斯韦能够经常跟着老爸去听一下科学讲座，即使不一定听懂，但是小麦克斯韦无疑受到了这种气氛的熏陶。
8岁时，母亲撒手离开人世，享年48岁。（注意这个！）
小时候的麦克斯韦并不惹人喜欢。一身不入流的奇装异服，再加上看上去有点呆呆的样子，往往成了同学们的笑柄。不过，古语有云“天将降大任于是人也，必先苦其心志，劳其筋骨，饿其体肤，空乏其身”。在磨难中长大，往往更能考验一个人的意志，挺过来了就是英雄！
有这么一个有趣的故事。一天，小麦克斯韦对着一瓶菊花写生，结果纸上竟然画满了三角形的叶子，圆形、椭圆形的花朵！（How can he do it like that？）父亲是个明眼人，早就发现了他的数学天赋，提前辅导他学习了几何，还有代数。是的，英雄的光芒即将要照亮人间！
还未满15岁，麦克斯韦就竟然在《爱丁堡皇家学会学报》上发表了一篇数学论文！讨论了如何最简便地画出椭圆来。要知道，学报平时都是只发表大师级的论著，一个小孩竟然能够在这样的学报上占有一席之地，好生了得！
1850年，麦克斯韦进入牛顿的母校——剑桥大学学习，师从霍普金斯，四年后以优异成绩结束学业，留校两年，主攻电磁理论和颜色理论。
一颗亮星移入英国上空，似乎即将有一些不寻常的事情发生……
1856年，第一道闪电划破夜空，麦克斯韦在剑桥发表了“电磁学三部曲”的第一篇——《法拉第的力线》，用矢量微分方程描述电场线，打响了数学与电学完美联姻的第一枪。
麦克斯韦不会忘记，那一个晴朗的下午，他敲开了法拉第的房门。两个人虽然年龄上相差了40岁，却一见如故，相见恨晚。
“你不应只满足于用数学来解释我的观点，而应去突破它！”前辈的话语时时回荡在麦克斯韦的耳边，不停地激励着他前进。
1861年，电闪雷鸣。麦克斯韦谱写了电磁学的第二部辉煌的篇章——《论物理的力线》，里面提出了两个微分方程，这就是后来麦氏方程组的雏形。同时，他还预言了电磁波的存在。
1865年，狂风大作。《电磁场动力学》横空出世，麦克斯韦利用拉格朗日和哈密顿的方法，给出了未来将以自己的大名命名的方程组，并且证明了电磁波的传播速度就等于光速（熟悉的朋友一定很清楚，这个速度就等于真空电容率与真空磁导率之积的平方根的倒数。），光就是电磁波！（伟大的预言！1887年，赫兹在实验室证明了电磁波的存在……）
至此，伟大的电磁学大楼完全竣工，与之前的牛顿的大楼相互辉映，闪耀出了经典物理学的光荣。这两座金碧大厦是如此的雄伟，它们高耸入云，傲视群雄，君临天下！
而且，我们还可以看到，这两座大楼之间用一条高贵典雅的天梯连接起来，它们再加上那座热力学大楼，三幢雄伟神圣的建筑相互联结，相互辉映，共同构成了一座“前无古人”的经典物理学大厦。每每有人经过之时，都会情不自禁啧啧赞叹，脱帽致敬！如果那些已经逝去的曾经苦心经营这座大厦的英雄们有在天之灵的话，也会感到无上的光荣和欣慰！
然而，上帝却和我们开了一个天大的玩笑，他将用历史告诉他的子民，正是这条天梯，将引发一次坍塌事故，以摧枯拉朽之势把这幢大厦夷为平地……
好，再来看一下麦克斯韦这位天才。发表了“三部曲”之后，麦克斯韦潜心写出了经典著作《电磁学通论》，这部元典相当于电磁学的百科全书，甚至可以与牛顿的《自然哲学之数学原理》相媲美。
麦克斯韦方程组出世后，也逃不出科学规律冥冥中的宿命——先是反对的声音此起彼伏，并没有很快得到别人的支持，大多数人都持怀疑态度。
麦克斯韦的晚年充满烦恼，一来自己的理论没有知音，二来妻子久病不愈，三来自己也得了肺病。
天妒英才。1879年11月5日，在阵痛中，麦克斯韦离开了人世，那一年，他48岁，与母亲去世的岁数相同。这似乎是他的宿命，更让我们感到苍天的无情和人间的痛苦，还有科学的“残酷”。
不过，麦克斯韦还是“赢得了生后名”，他被镌刻在人类历史、科学历史的丰碑上，让人类永远铭记。每当我们提起电、磁时，享受着电和磁给我们现代生活带来的方便时，让我们满怀深情地向麦克斯韦表示最最最崇高的敬意！
在结束这一章之前，还是让我们来简单回味一下热力学方面的工作，因为它也是经典物理学的一大支柱。
热力学的发展大致可以分为四个阶段。首先，从17世纪末到19世纪中期，在这期间，人们总结了大量的现象和事实，并轰轰烈烈地讨论了热的本质问题。特别是19世纪初期的热机理论和热功相当原理，更是已经包含了热力学的基本思想。其中，热功相当原理奠定了热力学第一定律的基础。
第二个阶段，从19世纪到19世纪70年代。天才们发展了分子运动论和唯象热力学，但是在这时候，这两大内容还是分开的。热功相当原理与卡诺理论联姻，诞生了热力学第二定律。
第三个阶段，由玻尔兹曼在19世纪70年代开启，直到20世纪初。统计热力学在这个时候成长起来。
当然，第四个阶段已经是从20世纪30年代直到今天了，这就不应该划进经典物理学的范围了。
OK，让我们来瞻仰一下那些为我们留下了一大笔热力学财富的英雄、先贤们：伦福德、埃瓦特、赫斯、克劳修斯、范德瓦尔斯、迈尔、拉札尔·卡诺和萨迪·卡诺（两父子）、赫姆霍兹、焦耳、麦克斯韦、玻尔兹曼、吉布斯、W·汤姆生、查理、盖吕萨克、能斯特、西蒙……以及为永动机奋斗的人们（没有他们的不懈努力、失败，后人就不会那么快走上正路！）。
当然，上面的名单还没有完全，还有一部分没有写上。总而言之，在此，借此机会，向所有的英雄们表示致敬！
至此，那座金碧辉煌的经典物理学大厦宣告竣工！
到了19世纪后半叶，可以说，无论是天上的还是地上的，无论是小到一颗石子还是大到一颗恒星，无论是力学的还是电学的，人们可以看到的一切一切物理现象，都能用经典物理学体系的理论去解释。况且，经典物理学还指导了人类的两次工业革命，创造了人类有史以来最巨大的财富，使得人类文明踏进了一个崭新的发展阶段。
所有所有的人，特别是一手创造了这辉煌的物理学家，都满怀深情地看着这座大厦，这座高贵的大厦，这座光辉的大厦，这座神圣的大厦。它是我们几代人倾注了毕力心血才建造起来的呀！
几代春秋，终成正果。
我想，现在，所有都应该结束了！（嘿嘿！这是多么自豪呀！）我们的工作已经完成了！当年我还是一个雄心勃勃的青年，现在已是白发苍苍的老头了，不过最重要的是，我们的夙愿终于了结了！后世们，留给你们的呀，只是一些修修补补、精确数据的工作了呀！
哎呀！我们就要失业了！物理学已经无事可做了，该转哪行呢！哎——忙惯了，突然清净下来，还真有点不适应呢！
不是吧！我的儿呀！你竟然说要立志从事物理学工作？！有没有搞错呀！没出息的家伙！物理学已是巅峰了！还凑什么热闹？！
……
然而，事情真的能如物理学家们所愿吗？抬头看一眼天空，似乎，有一种不祥的感觉涌上心间。
牛顿大楼和麦克斯韦大楼固然宏伟，但是，时长日久，风吹雨打，铁打的也会有生锈的时候呀！难道，它们真的如此坚固吗？
经典物理学这座大厦表面上看起来固然金碧辉煌，但是却有一种脆弱的感觉，尤其是那条天梯，是那么的不协调，看起来，总让人感到不太舒服。似乎遥遥欲坠，一有风雨来临，就要……
它是美丽的，但却是脆弱的。
它有辉煌的时候，但也会有衰落的一天。
似乎，这是很多事物的生存和发展规律。
气氛似乎一下子凝重了起来，所有人都感觉到好像将有什么大事要发生。哎，管那么多干什么呢？新的世纪就要到了，还是好好庆祝一下吧！
好的，从15世纪一直跑到19世纪，相信诸位都疲惫了吧？眺望远方，正慢慢飘过来两朵小乌云。或许，它们也会引发暴风雨呢？谁又知道呢？
好，大家放下包袱，咱们到路边的旅店去休息一会儿，唱唱卡拉OK吧……
（接下来将是第二章 《一朵乌云引发的革命》）
第二章 《一朵乌云引发的革命》
好啦！好啦！赶快放好麦克风了！拿好行李，咱们该继续上路了！
上一章，我们说了经典物理学的成长历程。从哥白尼到伽利略，再到笛卡儿，之后还有牛顿大哥，恩，麦克斯韦也功不可磨哟，对了，还有热力学的那帮兄弟们，名字没记住多少个是吧？不要紧，呵呵，咱们重点要聊相对论，等你学习热力学了再来记也没问题！
是的，那时侯所有的物理学家都为经典物理学大厦赞不绝口。然而，后来的事实给他们当头一棒。这幢大厦表面上看起来非常雄伟美观，却是极其的不坚固。正如上一章的标题所云，是“脆弱”的！特别是那条天梯，注定要在一场暴风雨中坍塌，并引发了可怕的整幢大厦的毁灭。现在，它已经遥遥欲坠了……
1900年4月27日，特别的一天。
英国的伦敦市，特别的城市。
阿尔伯马尔街，特别的地方。
所有物理学家的目光都聚焦到了这里。此时，这里正举行一场世纪之交的物理学报告会。
在雷动的掌声中，一位白发苍苍、已是76岁高龄的老头走上了讲台，面对台下千万的听众，他清了请嗓子。
他就是开尔文勋爵。德高望重的他将要做一场题为《在热和光动力理论上空的19世纪乌云》的演讲。
他谈道：“动力学理论断言，热和光都是运动的形式。但是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……”
这两朵小小的、令人不安的乌云实在是太出名了！以致几乎每一本说到这个时期的物理学科普都会提到。这两朵小乌云，跟牛顿的苹果一样，是物理学舞台上的明星。其中一朵小乌云指的是黑体辐射的相关问题，它属于20世纪另一伟大理论——量子物理的范畴。在这里，就简单地介绍一下，太过详细诸位就要判我跑题了~0~
首先，我们先来解决什么是黑体的问题。还是很小的时候，我们就知道，我们之所以可以看到一个物体的颜色，是因为它反射了这种颜色的光进入我们的眼里。不错，红色的物体是由于其反射的红光进入了我们的眼睛，而白色，则是所有颜色的光都进了眼里，黑色呢，却是没有任何光走进眼睛，所以才看起来“黑黑的”。
黑体，便是这样的一个物体：它吸收了所有所有到达它表面的光线。这样说有点抽象，咱们来看一个近似的示例。想象一个不透明、里面是空腔的球体。好的，现在，我们在这个球上开一个小洞。于是，光就会从这里射进去；并且，光线在里面被来回反射，最后，几乎没有能够再从里面射出来的了。这样，当我们企图从小孔中一窥球内的世界时，由于几乎没有光线出来，就会看到黑乎乎的一片。这样小球就相当于一个黑体的模型了。
还有，任何一个物体，在任何的温度下，都会辐射出电磁波。这是由于分子、原子受到热激发而发射出来的。比如说，热热的阳光射到一个物体上，这个物体的分子、原子就会获得“热热”的太阳能，就会产生激发，便发出了热辐射，或者说电磁波。所以，黑体也会发出电磁波。对吧？没问题吧？黑体也是由分子、原子组成的嘛！再想想，那个“吸收了所有所有到达它表面的光线”跟这个不太一样喔！
我们还清楚，不同颜色的物体吸收光的本领是不同的。所以，在炎热的夏天，我们外出时，都会换上颜色浅一点的衣服；而冬天则相反。因此，深色较浅色能吸收更多能量。
而物理学家基尔霍夫告诉我们，在一样的温度下，吸收辐射强的家伙，发射辐射的能力也更劲些。恩，那当然是黑体那小子最拽了！
于是，人们就毫不犹豫地选择了黑体作为研究对象。人们很早就弄清楚了物体的辐射能量和温度之间的关系，那就是物体的辐射能量跟温度的四次方成正比，这是由斯特藩和玻尔兹曼共同的努力成果。
而且，从图象还可以知道，随着黑体温度的升高，物体的辐射能量和温度之间的关系曲线的峰值还向短波（或高频）的方向移动。那么，这些峰值跟波长有什么联系呢？这个问题问得好，要知道，正是这个问题引来了那朵小乌云。
在这个问题上，很多人进行了不懈的努力。其中，德国的维恩给出了一个效果不错的公式。然而，可笑的是，他的公式在较短的波长内与实验结果符合得相当好，在长波里却与实验严重不符。看来，这个公式得抛弃了。
另外，瑞利和金斯又给出了另一个公式，却也遇到和维恩公式同样的尴尬场面。瑞利——金斯公式，在长波范围内大唱凯歌，但是在短波阵地里溃不成军，甚至当波长趋于0的时候，还直逼无穷大。由于紫外线处于短波中，这中尴尬还被称为了“紫外灾难”。
看来，真够“黑色幽默”了。一个此优彼劣，一个此劣彼优。这就是“黑体辐射”这朵小乌云了。
那两个结合起来不就行了吗？嘿嘿，说起来容易，但要真用数学、物理来解决这个问题，还真很困难呢！N多科学家投身于其中，但都是“一去不复返”。最后，还是德国的一位精英解决了这个问题。他的名字叫做普朗克。
面对这个两难的局面，普朗克苦思冥想还是丈二和尚摸不着头脑。最后，他心一横，既然无法从一些物理假设出发，用数学推导出一个所以然来；那么我就不要物理假设基础了，管它呢，俺先弄个符合整个波长范围的公式出来再说！
结果还真就给他找到了。不过后来当他再去深思这个公式后面的意义之时，竟然找到了它的基础——能量是一份一份的，而不是之前所认为的连续的。于是，“量子”来到了人间。
好了，打住！该收笔了！咱们得去说我们最关心的另一朵小乌云，正是它带来了狭义相对论。不过，在这之前，我还得交代一下。
其实，量子理论可以说是物理学上最令人动容、迷茫的篇章。它的结论令人三思不得其解，往往与我们哲学观相悖。它的思维方式、解决问题的方法更是与我们之前完全相反。从它诞生到今天，关于它的讨论从来就没有停止过。而值得我们注意的是，作为20世纪物理学的一大支柱的它竟然与另一支柱——相对论相抗衡，两家的哲学观不太一致，甚至有一些是相反的，这两个家伙有着不可逾越的鸿沟。但是，它们却在自己管辖的领土内策马扬鞭，大放异彩，绝对没有第二家可以替代。
如何在这两者之间搭起桥梁，是物理学的一大目标。
在这里，还是让我们先来体会相对论的“君威”……
上回说到，第一朵小乌云是量子物理学中“黑体辐射”——或者叫“紫外灾难”——的相关问题。它的散去带来了20世纪物理学的一大革命，催生了量子物理学。并且深深影响我们至今，从VCD到DVD，从手机到电脑，从化学到核能……无不需要量子物理学。
而开尔文所说的另一朵小乌云则指的是一个实验——麦克尔孙…莫雷实验，它是由麦克尔孙和莫雷两位物理学家作出的，涉及的是