【文章內(nèi)容簡介】 彎曲的數(shù)值，經(jīng)反復(fù)核對和比較，最終結(jié)論是，星光在太陽附近的確發(fā)生了一點七秒的偏轉(zhuǎn)。 張勝光制作 87 1919年 11月 6日，皇家學會和皇家天文學會正式宣讀了兩支隊伍的觀測報告，確認了廣義相對論的結(jié)論是正確的當時的皇家學會會長湯姆遜致詞說： ?愛因斯坦的相對論是人類思想史上最偉大的成就之一，也許就是最偉大的成就。它不是發(fā)現(xiàn)一個孤島，而是發(fā)現(xiàn)了新的科學思想的新大陸。 ? 張勝光制作 88 張勝光制作 89 1919年以后，幾乎每逢有便于進行觀測的日全食時。各國的天文學家都要做這個光線彎曲的實驗。下表中列出各次觀測的主要結(jié)果。 張勝光制作 90 近年來射電天文學的定位技術(shù)大大提高，分辨率超過了光學。因此檢驗光線彎曲的精度也大大提高了?？汕?，每年三、四月間太陽要在射電源 0116＋ 08附近通過一次（見圖85）。 0116＋ 08與 0119＋ 11及 0111＋ 02三個射電源幾乎構(gòu)成一條直線。而當太陽通過 0116 ＋ 08附近時，它們的相對位置將要發(fā)生變化。用這種方法得到的光線彎曲值是1.775土 0.019。 張勝光制作 91 張勝光制作 92 雷達回波的延遲 1964年．夏皮羅等提出了一個光在引力場中傳播的新的可以檢驗的效應(yīng)。夏皮羅從地球上利用雷達發(fā)射一束電磁波脈沖，這些電磁波到達其它行星之后，將發(fā)生反射，然后再回到地球，被雷達接收到。我們可以測出來回一次的時間，并對比兩種不同的情況，一種是電波來回的路程遠離太陽。這時太陽的影響可以不計；一種是電波來回的路程要經(jīng)過太陽附近，受到引力場的作用。后一種情況的回波要比前者延遲一些，這就是太陽引力場感應(yīng)的傳播時間的加長，或叫做雷達回波的延遲。 張勝光制作 93 例如，地球與水星之間的雷達回波最大延遲時間可達 240微秒。為了避免由于行星表面的復(fù)雜因素的影響，也有人用人造天體作為雷達信號的反射靶進行實驗。 下頁的表中列出雷達回波延遲的觀測結(jié)果和它們的理論預(yù)言，兩方面的符合同樣是令人非常滿意的。 張勝光制作 94 張勝光制作 95 引力場方程導(dǎo)出的宇宙膨脹模型 張勝光制作 96 狹義和廣義相對論的誕生，革新了物理科學的基本概念框架。由于近代世界圖景主要由物理科學提供，也可以說相對論革新了世界圖景。世界圖景不再是 ? 筐子裝東西 ? 式的 ? 時空 +物質(zhì) ? 模式。由于時空與物質(zhì)及其運動之間發(fā)生了關(guān)聯(lián)，世界圖景成了 ? 時空 — 場 — 物質(zhì) — 流形 ? 。經(jīng)典物理學中時空與物質(zhì)之間的二分消解了，物質(zhì)運動與時間空間成為一體。 張勝光制作 97 愛因斯坦說： ? 空間 — 時間未必能被看做是一種可以離開物理實在的實際客體而獨立存在的東西。物理客體不是在空間之中，而是這些客體有著空間的廣延。因此，‘ 空虛空間 ’ 這個概念就失去了它的意義。 ? 張勝光制作 98 相對論在時空觀方面的革命完全奠基于對希臘古典科學精神的再度弘揚。這種精神就是對世界普遍性的追求，對宇宙和諧的追求，對數(shù)學簡單性的追求。 張勝光制作 99 在狹義相對論中，?光速不變原理?起到重要的作用，它的功能在于統(tǒng)一電動力學與牛頓力學，愛因斯坦自己說過：?狹義相對論的成就可以表征為一般地指出了普遍常數(shù) c (光速 )在自然規(guī)律中所起的作用?。 張勝光制作 100 在廣義相對論中，?等效原理?即引力場與加速系的等效是一個關(guān)鍵。它的功能也是為物理學的大統(tǒng)一奠定基礎(chǔ)。 可以說，為物理學奠定新的統(tǒng)一的概念基礎(chǔ)是相對論的最重要貢獻，也是它導(dǎo)致物理學革命的主要原因。 第五節(jié) 量子力學的創(chuàng)立 張勝光制作 102 量子理論的提出：普朗克、愛因斯坦 1900年．德國物理學家普朗克 (1858— 1947)采用拼湊的辦法，得出了一個在長波和短波部分均與實驗相吻合的公式。但該公式的理論依據(jù)尚不消楚。 張勝光制作 103 瑞利一金斯公式 :紫外災(zāi)難 普朗克公式 與實驗吻合很好 張勝光制作 104 對黑體輻射的研究發(fā)現(xiàn)了一些經(jīng)驗定律。第一個定律是：黑體的輻射能力，即它每秒以電磁輻射的形式發(fā)射的能量，正比于它的溫度四次方： （ W＝ σT4 ） 這個定律是斯蒂芬（ l835— 1892）和玻耳茲曼（ l844— 1906）發(fā)現(xiàn)的。 張勝光制作 105 第二個定律是：隨著黑體溫度 T的升高，它所發(fā)射的輻射最強的波長將要變短，即向光譜的紫色區(qū)移動。此定律稱為維恩位移定律（ λmT ＝ K）。 1896年維恩（ l864—1928）根據(jù)熱力學，結(jié)合實驗數(shù)據(jù)湊出一個輻射能譜公式，在短波區(qū)幾乎與實驗完全符合。 張勝光制作 106 1900年英國物理學家瑞利（ l842— 1919）從經(jīng)典理論中推導(dǎo)出一個輻射公式，后經(jīng)金斯（ l877— 1946）改進，合稱瑞利 — 金斯定律：熱物體輻射強度正比于它的絕對溫度，而反比于這個發(fā)射光線波長的平方。但是這個公式只在可見光譜的長波部分才能很好地與實驗符合，當波長變短時，這個公式就失效了。 張勝光制作 107 瑞利一金斯公式 :紫外災(zāi)難 普朗克公式 與實驗吻合很好 張勝光制作 108 從瑞利 — 金斯公式得出：波長越短，熱輻射強度應(yīng)越大，并且隨著波長的縮短，輻射強度應(yīng)無止境地增大，這顯然是荒謬的。這個公式在紫區(qū)出了問題，被稱為 ? 紫外災(zāi)難 ? ；而瑞利 — 金斯公式是完全根據(jù)經(jīng)典物理學推導(dǎo)出來的，因此， ? 紫外災(zāi)難 ? 實際上也是整個經(jīng)典物理學的 ? 災(zāi)難 ? ，這就是開爾文把它看成是物理學天空中的一朵 ? 烏云 ? 的原因。 張勝光制作 109 1900年普朗克為了與實驗數(shù)據(jù)符合，在維恩公式和瑞利 — 金斯公式之間利用內(nèi)插法建立了一個普遍公式。 其中引入了一個常數(shù) h，后來被稱為普朗克常數(shù)。普朗克公式把前兩個公式作為它的極限情形。普朗克公式同實驗符合得很好，在高頻區(qū)普朗克公式近似地化為維恩公式，而在低頻區(qū)又近似地化為瑞利 — 金斯公式。 1900年 10月 19日他在德國物理學會上報告了自己的成果，普朗克公式被認為是正確的普遍公式。 張勝光制作 110 + = 張勝光制作 111 普朗克公式 與實驗吻合很好 瑞利一金斯公式 :紫外災(zāi)難 張勝光制作 112 普朗克認為這個公式必能從某些理論中推導(dǎo)出來，經(jīng)典物理學的所有理論和方法他都試過了，但都失敗了。他從失敗中認識到這個公式不能單純從經(jīng)典理論中推導(dǎo)出來，只要做一個簡單的假設(shè)，一切問題就會迎刃而解。他注意到在過去的理論中器壁上的分子原子被看作吸收電磁波的 ? 振子 ? ，在能量上可以連續(xù)地變化，就是說電磁波和振子之間的能量交換，可以無限制地減少或增大，正是這一假設(shè)導(dǎo)致了 ? 紫外災(zāi)難 ? 。 張勝光制作 113 普朗克發(fā)現(xiàn)，只要假定物體的輻射能不是連續(xù)變化，而是以一定的整數(shù)倍跳躍式地變化，就可以對該公式做出合理的解釋。普朗克將最小的不可再分的能量單元稱做 ? 能量子 ? 或 ? 量子 ? 。 張勝光制作 114 張勝光制作 115 張勝光制作 116 1900年 12月 14日普朗克在德國物理學會上報告了自己的研究結(jié)果，他的公式受到歡迎，但他的能量子假說，卻受到冷遇，當時沒有人相信他的假說。 能量子假說的提出，給經(jīng)典物理學打開了一個缺口，為量子物理學安放了一塊奠基石，宣告量子物理學的誕生。 張勝光制作 117 能量的變化竟然是不連續(xù)的，這與物理學界幾百年來信奉的 ? 自然界無跳躍 ? 的原則直接矛盾，因此量子論出現(xiàn)之后，許多物理學家不予接受。量子論的出現(xiàn)，物理學界最初的反應(yīng)是極其冷淡的。人們只承認普朗克那個同實驗一致的經(jīng)驗性的輻射公式，而不承認他的理論性的量子假說。 張勝光制作 118 遺憾的是，普朗克雖然發(fā)現(xiàn)了能量子，但他不能理解這一發(fā)現(xiàn)的意義，對自己的發(fā)現(xiàn)長期惴惴不安。在發(fā)現(xiàn)能量子之后的長達１４年時間，他總想退回到經(jīng)典物理學的立場。他曾在散步時對兒子說： ? 我現(xiàn)在做的事情，要么毫無意義，要么可能成為牛頓以后物理學上最大的發(fā)現(xiàn)。 ? 張勝光制作 119 普朗克在做出量子假說時已年過四十。他受過嚴格的經(jīng)典物理學訓(xùn)練，對經(jīng)典物理學十分熟悉和熱愛。他不愿意同經(jīng)典物理學決裂，只是迫于事實的壓力，才不得不做出能量子的假說。他的能量子假說是不徹底的，他的理論還是以承認電磁波本身的連續(xù)性為基礎(chǔ)的。他把自己的量子假說僅僅局限于振子對電磁波的吸收和發(fā)射的特殊性上。 張勝光制作 120 １９０５年，愛因斯坦提出光量子假說，成功地解釋了光電效應(yīng)；１９０６年，他又將量子理論運用到固體比熱問題，獲得成功；１９１２年，玻爾將量子理論引入到原子結(jié)構(gòu)理論中，克服了經(jīng)典理論解釋原子穩(wěn)定性的困難，建立了他的原子結(jié)構(gòu)模型，取得了原子物理學劃時代的進展；１９２２年，康普頓通過實驗最終使物理學家們確認光量子圖景的實在性，從而使量子理論得到科學界的普遍承認。 張勝光制作 121 面對量子論的發(fā)展與成功，以及科學界的批評，普朗克最終放棄了倒退的立場。1920年，在諾貝爾獎頒獎儀式上，他作了題為 《 量子理論的創(chuàng)立和當前的發(fā)展狀況 》 的演講，演講中他說： ? …… 我覺得整個的發(fā)展過程似乎是為歌德在很久以前所說的一句名言提供了一個新的證明，這句名言是：‘ 人要奮斗就要有錯誤。 ’? 張勝光制作 122 普朗克一直受到同事們的尊敬，這不僅是由于他的重要科學發(fā)現(xiàn)，而且還由于他的品德高尚。納粹統(tǒng)治德國時期，普朗克留在自己的祖國，他公開反對政府的某些政策，特別是反對迫害猶太人的政策。這是他一生中遭遇痛苦和不幸的時期。１９４４年，他的一個兒子被控告參與謀殺希特勒的未遂事件，在大戰(zhàn)即將結(jié)束時，他的家被炸成廢墟。１９４７年，普朗克在格丁逝世。 張勝光制作 123 第一個意識到量子概念的普遍意義，并將其運用到其他問題上的是愛因斯坦。他建立了光量子論以解釋光電效應(yīng)中出現(xiàn)的新現(xiàn)象。他指出：關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的瞬時現(xiàn)象，波動論的結(jié)論同經(jīng)驗不相符；要解釋這類現(xiàn)象，只能假設(shè)光是由能量子所組成，即 光量子 ，以后人們稱其為 光子 。這是人類認識自然界歷史上第一次揭示了微觀客體的波動性和粒子性的對立統(tǒng)一，即 波粒二象性 。 張勝光制作 124 光量子論的提出使光的本性的歷史爭論進入了一個新的階段。自牛頓以來光的微粒說和波動說此起彼伏。愛因斯坦的理論重新肯定了微粒說和波動說對于描述光的行為的意義。它們均反映了光的本質(zhì)的一個側(cè)面，因為光的確有時表現(xiàn)出波動性，有時表現(xiàn)出粒子性。但它既非經(jīng)典的粒子也非經(jīng)典的波。這就是光的波粒二象性。 主要由于愛因斯坦的工作，使量子論在最初的十年得以進一步地發(fā)展。 張勝光制作 125 量子力學的建立： 玻爾、德布羅意、海森伯、薛定格、狄拉克 張勝光制作 126 張勝光制作 127 張勝光制作 128 舊量子論確實面臨著困境，但不久就被突