麦克斯韦方程 [转载]物理的挑战12  物理学百年的回(4)

物理学家认为牛顿力学、热力学和麦克斯韦电动力学建立了完整的对宇宙的说明，并且在应用中间取得了极大的成功。当时人们认识的宇宙是一个机械的宇宙，一切都像一个机械一样动作，它是只要一开始有一个第一推动力，它就会永远按照同样的规律不停地运行下去。在十九世纪末有一系列的实验使得人们对以前的完整的物理学的说明产生了怀疑，首先就是发现了光的运动速度和地球的运动没有关系，这样就形成的电动力学和牛顿力学的矛盾，又发现了古典的黑体辐射理论会导致在频率很高的地方，辐射量越来越大，会发散，这个和试验也不符合。另外从电动力学的观点出发，像原子是由带电粒子所构成的，电子在原子里面不断地运动，如果它不断地运动，有加速度的话，它就要辐射出电磁波来，它的能量就会不断减少，所以这样的原子它不可能稳定。刚才发现原子发的光它的频率谱不是连续的，而且其中有分离的一条一条分开的这种线谱，这个也和麦克斯韦的理论是不相符合的。

最后在上个世纪末又发现了放射性，这样就改变了根深蒂固的原子是不可破坏的一种稳定结构的这种观念。那么要扬弃古典物理学的过时的概念，消除牛顿力学和麦克斯韦电磁场这两大理论之间的不自洽，就成为二十世纪物理学发展的前提。二十世纪物理学是起始于两位伟大的科学家的伟大的发现。十九世纪末尽管存在很多古典理论不能解释的现象，但是大多数物理学家他们都相信古典理论，敢于对古典理论说不的是两位当时还不知名的年轻科学家，普郎克和爱因斯坦。这个就是普郎克，当时四十来岁，这是爱因斯坦，只有二十六岁。1900年四十二岁的普郎克，为了解释黑体辐射谱提出量子论。他当时已经在大学教书，四十来岁了嘛。但是他的想法仍然不为他的同事特别是一些知名科学家所接受，甚至于他自己，虽然做了正确的工作，但是他也怀疑自己做得对不对，他多次还试图回到用古典的理论去解释黑体辐射谱，但是一直都不能成功，所以他后来就写了以下的几段很有趣的文字。麦克斯韦方程第一段他说他做这个工作的整个过程是一个绝望的尝试，他说因为不论代价有多高都要找到理论的解释,所以他是付出了要扬弃古典理论的某些假定的代价，这个代价是很高的。他另外还讲了一段更有意思的话，他说一个重要的发现，能够逐渐地获得反对者的承认，这个是一件很少有的事情，实际出现的情况呢，是当时这些反对的人他们一个一个都去世了，所以就没人反对了，所以可见他当时受到的反对有多么地严重。

1905年爱因斯坦不仅提出了狭义相对论，同时他也支持普郎克的理论,用光量子去解释了光电效应。同年爱因斯坦还提出了布朗运动的统计理论，这些都得到了实验的证明，这样就使各界再不怀疑原子的存在。爱因斯坦在做出这几样重要发现的时候，年仅二十六岁，而且是一个瑞士专利局的职员，因为他在大学里头这些老师都不大看得起他，不愿意把他留下来做助教，他几次去请求，人家也不要他，他甚至于有几次几乎要失业了，几次在中学里面求职，还变更了好几次，最后在专利局里面找到一个职位，他每个星期要在专利局工作大概要四十几个小时。但尽管如此，这一年是他最辉煌的时期，因为他做出了二十世纪物理学史上最辉煌的几项贡献，就是刚才讲的这三项。狭义相对论当然现在知道是非凡的贡献，但这个贡献长期地不被人所重视，以至于没有给他诺贝尔奖金，而光电效应呢！是第一次明确地指出光的既是波动又是粒子的性质，这个得到了诺贝尔奖金委员会的认可，所以爱因斯坦得到诺贝尔奖金是光电效应，其中没有相对论。同时他还证明了原子的存在。所以这三项工作能够在他在专利局作为业余工作做出来，这个好像是物理学史上的奇迹，直到现在还是物理学史家所研究为什么会这样的一个很重要的一个课题。