20世纪初物理学晴空中的两朵乌云

案例文本：

19世纪末，物理学各大分支都已经建立起来并已发展得相当成熟，一切物理现象似乎都能够从相应的理论中得到满意的回答。以经典力学、经典电磁场理论和经典统计力学为三大支柱的经典物理大厦已经建成，而且基础牢固，宏伟壮观。很多物理学家认为物理学已大功告成，因而断言往后难有作为了。然而，1900年4月27日，威廉·汤姆逊（即开尔文勋爵）在给英国皇家学会做报告时说：“断言热现象与光现象都是一种运动形式的美丽而清晰的动力学理论，如今却笼罩在两朵乌云之中……”

开尔文勋爵所说的第一朵乌云，是指迈克尔逊-莫雷实验结果和以太漂移说相矛盾。1800年，美国物理学家迈克尔逊和化学家莫雷用光学干涉仪进行了一个探索“以太风”的著名实验来测量所谓的“以太漂移”。“以太”是根据牛顿经典力学观点所设想的用来传播光的介质，跟水波的传播需要水做媒介，和声波的传播需要空气作为媒介一样，当时得主流物理学认为，光波的传播也同样需要媒介，那就是——以太。在牛顿力学中，任何机械运动都是相对于一个参考系进行的，地球相对太阳运动，就必然能够测得“以太飘移速度”，这就引发科学家们对“以太风”存在的探索。然而，迈克尔逊和莫雷经过多重努力，也没能找到“以太风”，最终于1887年12月宣布实验测得以太“漂移速度”为零的结果，这就是物理学史上著名的“零结果”实验。

开尔文勋爵所说得第二朵乌云，则与黑体辐射的实验相关。热辐射是普遍的自然现象，物体在任何温度下都会以电磁波的形式向外辐射能量。所谓“黑体”是指能够全部吸收外来的辐射而毫无任何反射和透射，吸收率是100%的理想物体。相同温度下，黑体的热辐射要比其他任何物体的热辐射都要强，因此它是研究热辐射现象的理想模型。19世纪末，卢梅尔等人进行了著名的黑体辐射实验，发现黑体辐射的能量不是连续的，它按波长的分布仅与黑体的温度有关。从经典物理学的角度来看，这个实验的结果是不可思议的。怎样解释黑体辐射实验的结果呢？许多物理学家都从经典物理学出发寻找实验的规律。德国物理学家维恩，就根据热力学，用半经验半理论的方法推出了“维恩公式”，但这个公式只在短波长和低温下才和实验事实相符合。后来，英国物理学家瑞利和物理学家、天文学家金斯认为能量是一种连续变化的物理量，建立起在长波长和高温下和实验事实相符合的黑体辐射公式。然而，从瑞利—金斯公式推出，在紫外一端辐射应趋向无穷大，而实验数据的结果却是趋于零，这显然是荒谬的。经典物理学的理论在这里陷入了困境和危机，这就是有名的“紫外灾难”。

开尔文勋爵眼光不凡，准确地在物理学的万里晴空中发现了这两朵“小小的乌云”。不过他可能想不到，正是这两朵“小小的乌云”，分别促生了相对论和量子力学的诞生，引发了物理学史上一次深刻的革命。历史事实告诉我们，真理具有相对性，科学研究是无止境的。