zx第五章-世纪之交的十年分析.ppt

§5.4 黑体辐射的研究 5.4.4 普朗克辐射定律 §5.4 黑体辐射的研究 5.4.5 紫外灾难 1908 年,卢梅尔和普林舍姆在驳斥洛仑兹的文章中举了一个很浅显 的例子:熔融的钢(T≈1700K)发出强得令人眼花的光,如果按瑞利? 金斯的理论,辐射能量密度与绝对温度成正比,则在室温(T≈300K)下, 黑体辐射能量理应为高温下的 300/1700≈1/6,但事实显然并非如此; 1911 年,埃伦费斯特(F.A.Ehrenfest,1879—1952)用“紫外灾难”来 形容经典理论的困境。因为按照瑞利?金斯的理论,辐射能量密度与频率 的平方成正比,则在高频的情况下能量就要趋于无限大,或者说,在紫 色一端趋于发散。这当然是荒谬的。 1900，开尔文勋爵： 物理学的大厦已经建成，未来的物理学家只需要做些修修补补的工作就行了。但是，明朗的天空还有两朵乌云：一朵与黑体辐射有关，另一朵与迈克尔逊实验有关。 黑体辐射 迈克尔逊 实验 量子论（1900年） 相对论 （1905年） §5.5 经典物理学的“危机” 1900 年4 月 27 日, 76 岁的开尔文在英国皇家研 究所(Royal Institution)发表了一篇讲演1,题为:《在热和光动力 理论上空的 19 世纪乌云》,开头的一段话是这样说的: “动力学理论断言热和光都是运动的方式,现在这一理论的优美性 和明晰性被两朵乌云遮蔽得黯然失色了。第一朵乌云是随着光的波动论 而开始出现的。菲涅耳和托马斯·杨研究过这个理论,它包括这样一个 问题:为什么地球能够穿过本质上是光以太这样的弹性固体而运动 呢?” §5.5 经典物理学的“危机” “如果把以太看成是可伸可缩的固体, 就不难回答这一问题。我们只要假设原子对以太会产生力,靠这个力的 作用,在原子占据的空间(以太)被浓缩和稀释。”他肯定了费兹杰惹 和洛仑兹的收缩假说,认为已经摆脱了困境,迈克耳孙?莫雷实验的“结 果不能否定以太通过地球所占空间的自由运动。” 不过,开尔文并不因此而表示乐观,他宣称:“恐怕我们还必须把 第一朵乌云,看成是很稠密的。” §5.5 经典物理学的“危机” 接着,开尔文以大量篇幅讨论第二朵乌云,这是指的能量均分原理 遇到了麻烦。他认为这朵乌云应该驱散,二十多年来,麦克斯韦、玻尔 兹曼、瑞利等人总希望维护能量均分原理,“避免破坏普遍结论的简单 性。”但是实际上不可能有这种简单性。开尔文提到他自己就在十年前 向能量均分原理提出过质疑。经过一番论证之后,开尔文宣称:“要达 到所需结果,最简单的途径就是否定这一结论,这样就可以在 20 世纪开 始之际,使??这朵乌云消失。” §5.5 经典物理学的“危机” (1)电子的发现,打破了原子不可分的传统观念,开辟了原子物理学的崭新领域; (2)放射性的发现,导致了放射学的研究,为原子核物理学作好必要的准备; (3)以太漂移的探索,使以太理论处于重重矛盾之中,为从根本上抛开以太存在的假设、创立狭义相对论提供了重要依据; (4)黑体辐射的研究导致了普朗克黑体辐射定律,由此提出了量子假说,为量子理论的建立打响了第一炮。 §5.5 经典物理学的“危机” 爱因斯坦生平（Ⅰ） 1879.3.14 诞生于德国乌尔姆 中，小学时代 德国慕尼黑 1895-1896 瑞士阿劳中学一年 1896-1900 瑞士苏黎士工业大学学习 1900-1902 艰辛求职，四面碰壁 1902-1909 伯尔尼发明专利局工作 初期科研情况： 1901-------1篇论文 1902-------2篇论文 1903-------1篇论文 1904-------1篇论文 爱因斯坦的丰收年 1905-------5篇 3月 解释光电效应——光子说（6月发表） 4月 博士论文：测定分子大小的新 方法（4月提交） 5月 解释布朗运动（7月发表） 6月 “论运动物体的电动力学”——狭义相对论（9月发表） 9月 （11月发表） 爱因斯坦生平（Ⅱ） 1909-1914 进入大学工作（苏黎士，布拉格等地） 1914-1933 柏林大学教授， 德国物理研究所所长、院士