物理学的四大乌云是什麼?

Question

物理学的四大乌云是什麼?

Answer 1

准确的说应该是“两朵乌云”.其出处为：
在19世纪末,经典物理学(包括力学、声学、热学、光学、电磁学等)已经趋于完善,在各个领域都取得了令人欣喜的成就.
在1900年,著名英国物理学家开尔文(威廉·汤姆逊)在一篇瞻望二十世纪物理学的文章中他先说：“在已经基本建成的物理学大厦中,后辈物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了……”,接着他又说：“但是,在物理学晴朗的天空的远处,还有两朵小小的令人不安的乌云”.
这两朵小小的“乌云”,是令当时的物理学家不安,因为经典物理学无法解释它们.
其中一朵乌云是指：迈克耳逊－莫雷实验
电磁场理论建立后,人们知道电磁波在真空中的传播速度等于光速c,认为光也是电磁波.当时的科学家根据经典力学的波动理论认为,电磁波的传播应该依赖于某种介质,当时又找不到是什么介质,所以就认为这种介质一定存在,它应该是看不见,又摸不着,弹性应该很好,并称之为“以太”,光速c应该是相对以太而言的.
这样一来,如果以太和地球有相对运动,那么在地球上测量出来的光速就有可能小于c或大于c.为了观测“以太风”是否存在,迈克耳逊与莫雷合作进行了一个著名的“迈克耳逊－莫雷实验”,但实验结果是:以太与地球没有相对运动——即“以太零漂移”.使科学家处于左右为难的境地,要么以太不存在,要么以太总与地球一起运动（相对静止）.若以太不存在,电磁波靠什么传播?经典物理学无能为力了.这就是开尔文所指的第一朵“乌云”.
其中另一朵乌云是指：热辐射实验
物理学家解释黑体辐射实验的结果时,认为能量是一种连续变化的物理量,在低频部分和经典物理学的理论结果与实验事实比较符合,但是高频区（紫外光区）理论结果和实验数据相差十万八千里,是根本不可能的.这说明经典物理学在解释黑体辐射时,在高频区出现了错误或失败.这是经典物理学的“灾难”,被称为“紫外灾难”.这就是开尔文所指的第二朵“乌云”.
这两朵小小的乌云,后来引发了物理学中的一场革命风暴.
上述两个问题的解决导致了全新观念的物理理论的诞生.对前者的进一步研究,爱因斯坦建立了相对论；对后者的深入研究,建立了量子论（量子力学）.