【(1)光以太:光以太区别于现在以太网(一种网络协议),是在光的微粒说和光的波动说(但后来我们知道光其实是波粒二象性)之争中,由光的波动说支持方以此作为光波媒介而提出的。那些物理学家的逻辑是这样子的:光是一种波,因为波本身是介质的振动,所以波必须在某种介质中才能传递,但又因为光的传播是不需要介质的(我们都知道光在真空中是可以传播的),为了自圆其说,是他们的光波动说更加的无懈可击,他们假设了一种看不见摸不着但却确实存在的介质来实现光的传播,这就是以太。
(2)麦克斯韦-玻尔兹曼能量均分学说:玻尔兹曼将麦克斯韦速度分布推广到保守力场作用下的情况,得到了玻尔兹曼分布律,(但其实在那个时候,玻尔兹曼的分子运动理论其实是具有很大的争议性的,而玻尔兹曼本人,也因为精神上的问题在1906年自杀成功)。
这里所说的难题,是指在研究黑体的时候遇到的困境。物理上的“黑体”是指那些可以吸收全部外来辐射的物体,19世纪开始,人们开始对黑体模型的热辐射问题产生兴趣,主要的关注问题是物体的辐射能量和温度之间的函数关系。最初对于黑体辐射的研究是基于经典热力学的基础之上的,在此之前,美国人兰利发明了一个最好的测量工具即热辐射计,它配合罗兰凹面光栅可以得到相当精确的热辐射能量分布曲线,基尔霍夫提出了黑体辐射的概念,而斯特潘则在基尔霍夫的基础上加以总结和研究,之后,又有一生命途多舛的玻尔兹曼建立了他的热力学理论。在这个大背景下,威廉·维恩从理论上推导出了黑体辐射公式,即著名的维恩分布公式,这个公式因为运用了光微粒说的理论而被当时的科学界排斥(黄金时代光的波动说已经完全占上风),并且,维恩分布公式只适用于短波,而不适用于长波。在这之后,物理学家瑞利(他就是高中化学书上那个苦苦探究氮气质量最后无意中发现了惰性气体的爵士)抛弃玻尔兹曼的分子运动理论,简单地从经典的麦克斯韦理论出发,得到了自己的公式,后来,另一位物理学家金斯计算出了公式中的常数,得到了著名的瑞利-金斯公式。戏剧性的是,瑞利-金斯公式只适用于长波,当它用于短波的辐射计算时,会出现所谓的“紫外灾变”。两种由完全截然相反、完全对立的理论得出的公式定律,竟然会是一种互补的关系,就像是一场黑色幽默。这也就是开尔文的所说的第二朵乌云。
最后,这个乌云被普朗克驱散,他提出了普朗克黑体公式,并从他的方程中得到了“能量是不连续也只能是不连续的”这个结论,然后又提出了量子的概念,不过,更加戏剧性的是,普朗克虽然驱散了黑体辐射的乌云,却给整个物理学界乃至整个世界带来了一场前所未有的大风暴。世界由此发生改变。
(3)迈克尔逊-莫雷实验:迈克尔逊-莫雷实验是物理学史上最有名的“失败的实验”,迈克尔逊和莫雷合作,本意是想测量光以太对于地球的飘移速度,也就是地球和以太的相对速度。他们当时的想法是这样的:找到一个光源,呈九十度角分别同时射出一束光,并在距离相等距离的地方安装一模一样的反光镜,因为以太风(当时人们认为以太是绝对静止的参考系,而地球穿过以太在空间中运动,就相当于一艘船在高速行驶,迎面会吹来强烈的“以太风”)的存在,两束光返回的时间会有微小的差异,但实验中并未发现任何时间差,这无疑是在否定以太的存在。当然,因为物理大厦的建成,那个时候的物理学家们总是提出各种各样的假设(比如认为物体在运动的方向上会发生长度的收缩,从而使得以太的相对运动速度无法被测量到之类的)来保留以太的概念,但以太这个“只具有理论意义的假设物理量”最终还是退出了物理理论界,当然,这就已经是伟大的爱因斯坦提出他那著名的相对论之后的事情了。】
以上内容部分出自《上帝掷骰子吗?量子物理史话》(曹天元著),部分出自百度,由本人整理所得。