简要评价19 世纪末物理学面临的危机及其意义

19世纪末,物理学上出现了三大发现,即
X 射线、放射性和电子.
这些新发现猛烈地冲击了道尔顿关于原子不可分割的观念,从而打开了
原子和原子核内部结构的大门,揭露了微观世界中更深层次的奥秘.
热力学等物理学理论引入化学以后,利用化学平衡和反应速度的概
念,可以判断化学反应中物质转化的方向和条件,从而开始建立了物理
化学,把化学从理论上提高到了一个新的水平.
在量子力学建立的基础上发展起来的化学键(分子中原子之间的结
合力)理论,使人类进一步了解了分子结构与性能的关系,大大地促进了
化学与材料科学的联系,为发展材料科学提供了理论依据.
化学与社会的关系也日益密切.化学家们运用化学的观点来观察和
思考社会问题,用化学的知识来分析和解决社会问题,例如能源危机、
粮食问题、环境污染等.
化学与其他学科的相互交叉与渗透,产生了很多边缘学科,如生物
化学、地球化学、宇宙化学、海洋化学、大气化学等等,使得生物、电
子、航天、激光、地质、海洋等科学技术迅猛发展.
化学也为人类的衣、食、住、行提供了数不清的物质保证,在改善
人民生活,提高人类的健康水平方面作出了应有的贡献.
现代化学的兴起使化学从无机化学和有机化学的基础上,发展成为
多分支学科的科学,开始建立了以无机化学、有机化学、分析化学、物
理化学和高分子化学为分支学科的化学学科.化学家这位“分子建筑师”
将运用善变之手,为全人类创造今日之大厦、明日之环宇
19世纪末,由于冶金等各方面的需求,人们急于知道辐射强度与光波长之间的函数关系.单靠实验逐一找对应点的方法,犹如钝刀子割肉.当时维恩和瑞利-金斯分别发表了两个公式,试图解决这一问题.
1.辐射强度随波长变化的规律图
2.维恩定律
ρ是辐射能密度,ν是频率,T是温度.
在短波区和实验结果符合,而在长波区不符.
3.瑞利——金斯定律
在长波区和实验结果符合,而在短波区不符.而且当波长接近紫外时,计算出的能量为无限大!
但瑞利——金斯等人得出的共识,是根据经典物理的理论严密推导的,瑞利和金斯也是物理学界公认的治学严谨的人,理论值与实验值在短波区的北辙南辕,使人们不得不称之为“紫外灾难”.
紫外灾难也就是经典物理的灾难.
二、普朗克独步一时的研究
1.普朗克 (1858-1947) :诞生在德国,中学毕业后,踌躇于物理和音乐之间,老师劝他不要选物理,但普朗克选择了物理,于1879年获得博士学位.
个人生活不幸,第一个儿子死于一战,二儿因要谋刺希特勒而牺牲.一次空袭中,家被炸毁.
2.普朗克的内插公式
当ν→0,即在长波范围,普朗克定律变为瑞利——金斯公式.
当ν→∞,即在短波范围,又与维恩定律一致.
将维恩公式和瑞利公式综合在一起,理论值与实验结果符合得较好.
3.普朗克的能量子假设
普朗克写道:“即使这个新的辐射公式证明是绝对精确的,但若仅仅是一个侥幸揣测出来的公式,它的价值也只能是有限的.”普朗克并不满足于自己的一得之功.
他大胆地将热力学的熵与能量的分配相联系,独创了能量子理论.
只要自然科学在思维着,它的发展形式就是假说.——恩格斯
1900年12月14日,普朗克提出了一个假设,即能量可以划分成n个相等的小份,每个小份叫能量子,每个能量子又与频率成正比,比例系数为h.
这一天,被称为量子力学的生日.
h——普朗克常数,就好象普罗米休斯从天上引来的一粒火种,使人们从传统思想的束缚下获得了解放!黑体辐射,光电效应,原子光谱,康普顿效应等都是普朗克假说的发展结果,是经典物理所不能解释的.
这个发现将人类的观念——不仅是有关经典科学的观念,而且是有关通常思维方式的观念的基础砸得粉碎.——玻尔
普朗克于1918年获诺贝尔奖.