經典物理出現了哪些危機

⑴ 經典物理學的物理危機

19世紀是經典物理學的崢嶸歲月，是一個構建科學理論大廈的時代，是理論與實驗完美結合的時代，產生了很多的著名的物理學家。科學技術發展突飛猛進並產生了廣泛的社會影響，由力學、電磁學、熱學、光學、聲學構建經典物理學的大廈。也可以說19世紀是經典物理學的輝煌時代。
物理學發展到19世紀末期，可以說已經達到了相當完美，成熟的程度。物理學的輝煌成就，使得不少物理學家躊躇滿志、沉溺於歡快陶醉之中，於是產生了這樣一種看法：物理學的大廈已經落成，今後物理學家用不著再干什麼了,只需要把各種數據測得精確些就行了。然而，此刻在物理學的萬里晴空中卻飄來了兩朵烏雲，物理學上出現了一系列新的發現。這些無法用經典物理學解釋的新發現，使經典物理學陷入了危機。第一朵與邁克爾遜實驗有關，第二朵與黑體輻射有關。正是這兩朵烏雲的飄動，引來了20世紀物理學革命的暴風驟雨，使整個自然科學進入了一個嶄新的階段。這「兩朵烏雲」成為20世紀偉大物理學革命的導火線。
事隔不到一年，就從第一朵烏雲中降生了相對論，緊接著從第二朵烏雲中降生了量子論。經典物理學的大廈被徹底動搖。事實上，在十九世紀末，光電效應、原子光譜和原子的穩定性等實驗事實也接二連三地和經典物理學的理論發生了尖銳的對立。量子論的建立，使人類對物質的認識由宏觀世界進入微觀世界。
「烏雲」的出現
1900年新春之際，著名物理學家開爾文勛爵在送別舊世紀所作的講演中講道：「19世紀已將物理學大廈全部建成，今後物理學家的任務就是修飾、完美這座大廈了。」同時他也提到物理學的天空也飄浮著兩朵小小的，令人不安的烏雲，一朵為以太漂移實驗的否定結果，另一朵為黑體輻射的紫外災難。實際上「烏雲」不止這兩朵，還包括氣體比熱中能量均分定律的失敗、光電效應實驗、原子線光譜等。然而，就是這幾朵烏雲帶來了一場震撼整個物理學界的革命風暴，導致了現代物理學的誕生。
第一朵烏雲「以太」學說
第一朵烏雲是隨著光的波動理論而開始出現的。菲涅耳和托馬斯·楊研究過這個理論，它包括這樣一個問題：地球如何通過本質上是光以太這樣的彈性固體而運動呢？第二朵烏雲是麥克斯韋－玻耳茲曼關於能量均分的學說。這兩朵烏雲涉及到兩方面的實驗發現與力學、電磁學、氣體分子運動論理論的困難。相對性原理是經典力學的一個最基本的原理，這個原理認為，絕對靜止和絕對勻速運動都是不存在的，一切可測量的、因而也是有物理意義的運動，都是相對於某一參照物的相對運動。牛頓本人也充分意識到了確定「絕對運動」的困難，最後只能以臆測性的「絕對空間」的存在作為避難所。麥克斯韋的電磁場理論獲得成功之後，電磁波的載體以太，就成了物化的絕對空間，靜止於宇宙中的以太就構成了一切物體的「絕對運動」的背景框架。既然以太也是一種物質存在，或者說它表徵著物化了的絕對空間，當然就可以通過精密的實驗測出物體相對於以太背景的絕對運動。但是，美國物理學家邁克爾遜在1881年、他和莫雷在1887年利用干涉儀所進行的精密光學實驗，都未能觀察到所預期的以太相對於地球的運動。
第二朵烏雲「紫外災難」
第二朵烏雲涉及的是經典物理學另一分支，熱力學和分子運動論中的一個重要問題。開爾文明確提到的是「麥克斯韋－玻耳茲曼關於能量均分的學說」。實際上是指19世紀末關於黑體輻射研究中所遇到的嚴重困難。為了解釋黑體輻射實驗的結果，物理學家瑞利和金斯認為能量是一種連續變化的物理量，建立起在波長比較長、溫度比較高的時候和實驗事實比較符合的黑體輻射公式。但是，這個公式推出，在短波區（紫外光區）隨著波長的變短，輻射強度可以無止境地增加，這和實驗數據相差十萬八千里，是根本不可能的。所以這個失敗被埃倫菲斯特稱為「紫外災難」。20世紀初的這兩朵烏雲最終導致了物理學的一場大變革。第一朵烏雲「以太」學說導致了相對論的誕生。第二朵烏雲「紫外災難」導致了量子力學的產生。因此也可以說，對這兩朵「烏雲」的研究就標志著現代物理時代的到來。

⑵ 目前的科學常識是經典物理學，那麼典物理學到底存在什麼問題

我們知道，人類從自然現象中發現規律，總結出因果邏輯關系，構建理論，解釋更多的的客觀現象。這些認知構成我們的科學常識，而這個科學常識就是物理學，這一時期的物理學稱之為經典物理學。甚至可以說，經典物理學就是常識，常識就是經典物理學。經典物理學是一個包括力學、熱力學、聲學、光學、電動力學等學科在內的理論體系。理論嚴謹、明晰，這就是科學常識。如今，從家用電器到宇宙飛船，人類的科技都建立在經典物理學的基礎之上。

經典物理學無法自洽地解釋"紫外災變"問題，原因是當時的經典理論認為輻射是連續的。如果把能量子看作一段段的並不連續的電磁波就可以完美地解釋"紫外災變"問題，即修改經典物理學之前的假設，將連續輻射修改為非連續輻射問題就解決了。經典物理學存在的問題並不是那"兩朵烏雲"，真正的危機在於經典物理學是建立在波動說基礎的理論（第二次波粒之爭以後），波動說的理念是："萬物皆是波（普朗克的觀點）"。但是，宇宙的物質都是由"實實在在"的物質構成，如果萬物皆是波，那麼，必須要有由波轉化為粒子的機制（量子化）。但是，德布羅意、薛定諤和玻姆都沒能自洽地解釋宇宙萬物（普通物質）的"實在性"。事實上，找到由波轉化為粒子的量子化方法，就可以自洽地解析波粒二象性，經典物理學也將重獲新生。

⑶ 如何看待19世紀末20世紀初的「物理學危機」。

在世紀之交，物理學家是怎樣看待物理學危機的呢?
當時，物理學家一開始都沒有覺察到物理學危機，至少是沒有意識到危機的嚴重性。他們依然堅信經典力學的理論框架是整個理論物理學大廈賴以建立的基礎，是所有其它科學分支賴以產生的根源。誰也沒有想過，整個物理學的基礎可能需要從根本上加以改造。
英國科學界元老開耳芬沒有覺察到物理學危機。他只是認為，物理學的發展不過是遇到了幾個較為嚴重的困難而已，這些困難能夠通過適當的方案逐一加以解決，而無須觸動整個物理學的基礎。因此他對於動搖這個基礎的新實驗和新理論往往持懷疑態度，甚至公開站出來反對。
引起所謂「紫外災難」的黑體輻射問題本來大大加劇了經典物理學的危機。可是，就連當時深深捲入這個問題的維恩、瑞利、洛倫茲等人都沒有意識到這種危機。他們力圖在經典理論的框架內解決難題，因而始終找不到正確的出路。甚至連量子論的創始人普朗克當時也沒有認識到這種危機。因此，他的開創性的工作不是自覺的，而是被迫的。難怪普朗克在邁出了關鍵性的一步後便開始猶豫彷徨，他懷疑自己的推導可能有某種缺陷，竭力設法把量子論與經典理論調和起來。至於維恩、瑞利，直到1905年都不同意量子概念，洛倫茲在1908年的羅馬講演中也表示難以接受普朗克的理論。
在玻耳茲曼看來，實際上存在著一種危機，但它只是哲學危機，而物理學本身不存在危機。玻耳茲曼1904年在美國聖路易斯國際技術與科學會議的講話中表示，問題在於哲學錯誤而不在於科學研究的不可矯正的缺點。物理學的迅猛發展清楚地表明，錯誤在於把研究某些普遍特徵的問題，如因果性的本質、物質和力的概念等任務託付給哲學了，而「哲學在闡明這些問題時顯然是無能為力的。」 玻耳茲曼認為，反對哲學的斗爭是使物理學獲得解放的首要條件，因而他十分激烈地進行了這一斗爭。玻耳茲曼是一位堅定的機械唯物主義者，他所反對的當然是一些唯心主義的哲學流派。他之所以這樣做，是因為無論在他生前或死後，以實證論為代表的唯心主義哲學思潮廣為流行，許多人錯誤地認為物理學危機導致了科學的破產和唯物主義的失敗，從而引起了一定的思想混亂。例如奧斯特瓦爾德就宣稱，物理學的發展已經面臨著危機。要消除這種危機，只能藉助於物質消失的哲學見解，把實體的屬性讓給能量(即唯能論)。皮爾遜也聲稱，「當前的危機實際在於」，「人們把物質看做是物理學的基本概念，」「現在似乎很顯然，電必定比物質吏為根本。」皮爾遜由此得出唯心主義的結論：「渴求給每一個概念都賦予客觀性，是完全沒有必要的。」 這些一度時髦的哲學很容易把物理學引入歧途，玻耳茲曼堅決反對它們是值得稱道的。但是，他的作法沒有、也不可能取得過大成效，因為作為他的戰鬥武器的機械唯物主義也正處於深刻的危機之中。而且，他又斷然否認物理學本身存在危機，這就使他無法對症下葯。因此玻耳茲曼雖然早先為經典物理學的發展做出了傑出的貢獻，但是在世紀之交物理學大變革時期，他卻看不到變革經典理論及其基礎的必要性和緊迫性，未能對已經出現的物理學革命的形勢提出有預見性的見解。
1905年之前，愛因斯坦還是一個默默無聞的年輕人，他不可能有多少言論和文章公諸於世。但是，從他後來的追憶以及別人所寫的有關材料中，我們可以清楚地看到，愛因斯坦在世紀之交對物理學危機具有深邃的洞察和獨到的見解。在前人的實驗和研究工作的基礎上，愛因斯坦看到物理學危機表現在兩個基本方面。其一是力學和電動力學兩種理論體系之間嚴重不協調。在這方面，他認為消除危機的出路是：擺脫居統治地位的教條式的頑固，擯棄絕對空間和絕對時間觀念，就能為整個物理學找到一個可靠的新基礎。其二是由於普朗克對熱輻射的研究而突然使人意識到危機的嚴重性。這就好像地基從下面給挖掉了，無論在什麼地方也看不到能夠進行建築的堅實基礎了。值得注意的是，愛因斯坦透過一些實驗事實與舊理論的矛盾，進一步察覺到經典物理學理論基礎，即其基本概念和基本原理的危機。因此，他漸漸對那種根據已知事實用構造性的努力去發現真實定律的可能性感到絕望了；他確信，只有發現一個普遍的形式原理，才能使我們得到可靠的結果。由於愛因斯坦對物理學危機和擺脫危機的出路具有真知灼見，因此他能夠以破竹之勢，於1905年一舉在上述兩方面取得劃時代的突破，全面打開了物理學革命的新局面，使物理學有可能消除危機。
在當時科學界的知名人士當中，對物理學發展形勢看得最為清楚的是法國數學家、物理學家和天文學家昂利�6�1彭加勒。他在1905年出版的《科學的價值》中，第一個明確地提出了物理學危機，並對它進行了比較全面的分析和論述。彭加勒認為，物理學危機是新的實驗發現與經典物理學的基本原理發生了無法調和的矛盾。

⑷ 20世紀初物理學兩大危機是什麼

物理學危機
物理學在為我們解釋周邊物質世界的同時，也為我們營造出了內容豐富、思維縝密、不斷創新、妙趣無窮的理論方法和實驗體系。20世紀的近代物理學革命與19到20世紀之交的物理學形勢相關，那時物理學上空有兩朵所謂烏雲，使得一些物理學家驚呼出現了物理學危機。近代物理學革命不僅解決了兩朵烏雲導致的這場危機，而且把整個物理學都置於以量子論和相對論兩大理論為支柱的現代物理學的基礎之上。 F[eWnYT[
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19世紀的最後一天，歐洲著名的科學家曾經歡聚一堂，會上，有一位英國著名的物理學家湯姆生，回顧物理學所取得的偉大成就時說，物理大廈已經落成，所剩的只是一些修飾工作，同時他在展望20世紀物理學前景時，卻若有所思地講，動力理論肯定了熱和光是運動的兩種方式，但在它的美麗而晴朗的天空卻被兩朵烏雲籠罩了，第一朵烏雲出現在光的波動理論上，第二朵烏雲出現在關於能量均分的麥克斯韋波茲曼理論上。這兩朵烏雲，現在被量子論跟相對論所驅散，雖然目前今天的物理學，誠然面臨著一些重要的理論與實驗問題亟待解決，比如類星體的能源問題，暗物質、暗能量和反物質的問題，愛因斯坦場方程的宇宙項問題，中微子振盪問題，質子衰變問題等。但是到現在為止，物理學家還沒有人像19世紀20世紀驚呼物理學的危機。相對論和量子論在科學各個領域的擴展與應用，雖然已經取得了很大成功，但科學永無止境，沒有到非常完善的成動，看來一直作為精密科學典範的物理學還是魅力未減，作為其他經驗科學基礎的地位短時期還不會改變。現在我們的科學技術發展的重心開始向生命科學，向信息科學等傾斜，但是物理學依然是基礎，數學依然是基礎，是重要的工具，這一點並沒有改變。物理學的巨大魅力還在於它從理論認識中，延伸出眾多的技術原理，20世紀物理學為我們這個社會提供了四個主要的新技術原理，這就是核能技術，半導體技術，包括大規模集成電路的技術，激光技術和超導技術。半導體技術和激光技術還衍生出網路技術，雖然在20世紀近代物理學革命以後，在約為3/4世紀的時間內，物理學並沒有發生新的基礎性的革命性的重大變革，物理學的進展主要還表現為對於相對論量子論的完善及推廣應用上，但這並不意味著物理學的發展已經走到了盡頭。

在19世紀末,經典物理學理論已經發展到相當完備的階段.幾個主要部門----力學,熱力 O-~?k%>b
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學和分子運動論,電磁學以及光學,都已經建立了完整的理論體系,在應用上也取得了巨 .p7 L7}-]
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大成果.其主要標志是:物體的機械運動在其速度遠小於光速的情況下,嚴格遵守牛頓力 "Wl43jVl
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學的規律;電磁現象總結為麥克斯韋方程組;光現象有光的波動理論,最後也歸結為麥克 +W7XX.!>
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斯韋方程組;熱現象有熱力學和統計物理的理論.在當時看來,物理學的發展似乎已達到 Q8aCDI&Y
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了顛峰.於是,多數物理學家認為物理學的重要定律均已找到,偉大的發現不會再有了,  qOxStC
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理論已相當完善了.以後的工作無非是在提高實驗精度和理論細節上作些補充和修正,使 T=y*vF
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常數測得更精確而已.英國著名物理學家開爾文在一篇瞻望20世紀物理學的文章中,就曾 Y{mtHo

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談到:"在已經基本建成的科學大廈中,後輩物理學家只要做一些零碎的修補工作就行了." rQU*"V ;
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然而,正當物理學界沉浸在滿足的歡樂之中的時候,從實驗上陸續出現了一系列重大發現. 4# :`"(#~U
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如固體比熱,黑體輻射,光電效應,原子結構cdots cdots這些新現象都涉及物質內部的 l'nSg>y
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微觀過程,用已經建立起來的經典理論進行解釋顯得無能為力.特別是關於黑體輻射的實 u`f=WT-
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驗規律,運用經典理論得出的瑞利-金斯公式,雖然在低頻部分與實驗結果符合得比較好, }[G="K<T
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但是,隨著頻率的增加,輻射能量單調地增加,在高頻部分趨於無限大,即在紫色一端發散, z\eru+w)
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這一情況被埃倫菲斯特稱為"紫外災難";對邁克爾遜-莫雷實驗所得出的"零結果"更是令 E[]8v~% 
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人費解,實驗結果表明,根本不存在"以太漂移".這引起了物理學家的震驚,反映出經典物 *ipY|f
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理學面臨著嚴峻的挑戰.這兩件事被當時物理學界的權威稱為"在物理學晴朗的天空的遠 !2*'enNPfw
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處還有兩朵小小的,令人不安的烏雲".然而就是這兩朵小小的烏雲,給物理學帶來了一場 WYPW: q
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深刻的革命. Tr#p?NP
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下表列出了世紀之交物理學上有重大意義的實驗發現:
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mbox{年代}& mbox{人物}& mbox{貢獻} 0Bae',f
rB=lpA@ay
1895 & mbox{倫琴} & mbox{發現X射線} !sdR,S\;@
Xg8b^x gpR
1896 &mbox{貝克勒爾}& mbox{發現放射性} D[#d@ OK+P
#Bo>AKw-S1
1896 &mbox{塞曼} & mbox{發現磁場使光譜線分裂} !#< j[<Q\
#KFDTsP?
1897 &mbox{J.J湯姆生} &mbox{發現電子} :f>H#x4[
sV k%!
1898 &mbox{盧瑟福} & mbox{發現}alpha.eta mbox{射線}---- &>+AOO(
mUWPNg.F
1898 &mbox{居里夫婦} &mbox{發現放射性元素釙和鐳} {*D:"
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C*O2 :tx
1899--1900 &mbox{盧梅爾和魯本斯等人} &mbox{發現熱輻射能量分布曲線偏離維恩分布率} p:-0F|0
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--1900 &mbox{維拉德} &mbox{發現了}gammambox{射線} 1bY *Q.
p.P1F2n
1901 &mbox{考夫曼} &mbox{發現電子的質量隨速度增加} t{fGs]Y39t
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1902 &mbox{勒那德} &mbox{發現光電效應基本規律} (9YT m)
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1902 &mbox{里查森} &mbox{發現熱電子發射規律} 'g^#R,Z
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1903 &mbox{盧瑟福} &mbox{發現放射性元素的蛻變規律} {CD R^wXr]
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這些新的物理現象,打破了沉悶的空氣,把人們的注意力引向更深入,更廣闊的天地;這一系 @7 >EU
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列新發現,跟經典物理學的理論體系產生了尖銳的矛盾,暴露了經典物理理論中的隱患,指 TiB bxb[
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出了經典物理學的局限.物理學只有從觀念上,從基本假設上以及從理論體繫上來一番 >2U
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徹底的變革,才能適應新的形勢. 8\9Hb(Y
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由於這些新發現,物理學面臨大發展的局面: ;*b6F+nM
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1.電子的發現,打破了原子不可分的傳統觀念,開辟了原子研究的嶄新領域; 4x`VTx
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2.放射性的發現,導致了放射 學的研究,為原子核物理學作好必要的准備; Ig-`]PMht
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3.以太漂移的探索,使以太理論處於重重矛盾之中.為從根本上拋開以太存在的假設,創立狹  "RV;Y
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義相對論提供了重要依據; $p-DCq{5
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4.黑體輻射的研究導致了普朗克黑體輻射定律的發現.由此提出了能量子假說,為量子理論 !30|=;OXU8
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的建立打響了第一炮. 7;jF7R.
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總之,在世紀之交的年代裡,物理學處於新舊交替的階段.這個時期,是物理學發展史上不平 23MJ]hD.wW
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凡的時期.經典理論的完整大廈,與晴朗天空的遠方漂浮著兩朵烏雲,構成了19世紀末的畫 x/b}eW Rs
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卷;20世紀初,新現象,新理論如雨後春筍般不斷涌現,物理學界思想異常活躍,堪稱物理學 Y#JR@@pQ
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的黃金時代.這些新現象與經典理論之間的矛盾,迫使人們沖破原有理論的框架,擺脫經典 o@miKUh~^
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理論的束縛,在微觀理論方面探索新的規律,建立新的理論. <N_lYKX3
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二舊量子論的建立 e _1y(
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20世紀初,新的實驗事實不斷發現,經典物理學在解釋一些現象時出現了困難,其中表現最 @u` P e7m
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為明顯和突出的是以下三個問題:1.黑體輻射問題;2.光電效應問題;3.原子穩定性和原子 ^ a a=,94
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光譜.量子概念就是在對這三個問題進行理論解釋時作為一種假設而提出的. HX!a)pe
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2.1 黑體輻射的研究 =u.e~gr6r
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熱輻射是19世紀發展起來的一門新學科,它的研究得到了熱力學和光譜學的支持,同時用到 +` K cT@z
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了電磁學和光學的新興技術,因此發展很快.到19世紀末,由這個領域又打開了一個缺口,即 f8JgByS3v
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關於黑體輻射的研究,導致了量子論的誕生. {rlxKh33
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為了得出和實驗相符合的黑體輻射定律,許多物理學家進行了各種嘗試. VpgADX/q
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1893年德國物理學家維恩(Winhelm Wein,1864-1928)提出一個黑體輻射能量分布定律,即 _#jJ~
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維恩公式.這個公式在短波部分與實驗中觀察到的結果較為符合,但是在長波部分則明顯地 ;:U)[AvD
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與實驗不符.1900年英國物理學家瑞利(Rayleigh)和金斯(J.H.Jeans)又提出一個輻射定律, 7D ddSX>\
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即瑞利-金斯公式,這個公式在長波部分與觀察一致,而在短波(高頻)部分則與實驗大相徑庭, -gNRa$I*,o
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導致了所謂的"紫外災難".這個"災難"使多數物理學家敏銳地看到,經典物理正面臨著嚴重 lyc\[r[:I
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的危機.

李醒民：物理學危機的產生及其實質 PvqDX/yS
[內容提要] 本文在考察了物理學危機的產生及物理學家對危機反應的基礎上，著重論述了物理學危機的實質。作者認為，物理學危機主要是物理學本身的危機，物理學危機在哲學上的表現則是由物理學本身的危機派生出來的，而且，哲學方面的危機也主要是機械唯物主義的危機。 c#e<#tX
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一、物理學危機的產生 ziH$M
自1687年牛頓的集大成著作《自然哲學的數學原理》出版以來，物理學此後兩百年間基本上是在牛頓力學的理論框架內發展起來的。到十九世紀後期，已經形成了經典物理學的嚴整理論體系，幾乎能說明所有已知的物理現象。當時，囿於機械論自然觀的物理學家普遍認為，一切物理現象都能夠從力學的角度來說明，未來的物理學真理將不得不在小數點後第六位中去尋找。 4P#^K<o
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正當物理學家怡然自得、盲目樂觀之時，一些實驗事實卻在他們心頭暗暗地投下了陰影。1887年．邁克耳孫和莫雷通過精密的實驗，發現在地球和以太之間並沒有顯著的相對運動，從而動搖了較為流行的菲涅耳的靜止以太說。但是，靜止以太說不僅為電磁理論所要求，而且也受到早先的光行差現象和斐索實驗的支持。這樣，作為光現象和電磁現象傳播媒質的以太這一力學模型在性質上就難以自圓其說，光學和電磁學的力學基礎於是面臨著某種危險。 M3/
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^[email protected]
經典理論所無法解釋的新的實驗事實，即所謂的「反常現象」接踵而來，氣體比熱的實驗結果也與能量均分定理發生了尖銳的沖突。十九世紀中葉，玻耳茲曼和麥克斯韋提出的能量均分定理能夠解釋許多現象，對於常溫下的一般固體和單原子氣體的比熱，也能給出比較滿意的答案。但是對於雙原子和多原子氣體，實測的定壓熱容量與定容熱容量之比顯著地大於理論計算值。開耳芬1900年4月27日在英國皇家學會的講演中，曾稱上述兩個疑難為「在熱和光的動力理論上空的十九世紀的烏雲」 。 \<|+oT6@
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開耳芬畢竟把物理學的天空看得過於晴朗了。其實，當時物理學的天空並非只有「兩朵烏雲」，早在他講演之前，就已經是「黑雲壓城城欲摧」，「山雨欲來風滿樓」了!事實上，在十九世紀末，光電效應、黑體輻射，原子光譜等實驗事實也接二連三地和經典物理學理論發生了嚴重的對立。 =b3i1eYA88
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物理學危機可以說是從1895年之後真正開始的。特別是由於放射性的發現和研究，有力地沖擊了原子不可分、質量不可變的傳統物質觀念。就連那些頑固堅持舊觀點的人，也無法反對大量確鑿的實驗證據，至多隻能抱一種走著瞧的態度。 V@& |yc,h
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1895年11月8日到12月28日，倫琴在德國維爾茨堡大學實驗室研究陰極射線時發現了X射線。倫琴的發現不僅引起了驚訝，而且產生了轟動，它打開了一個奇妙的新世界。隨後，鈾放射性(1896年)、電子(1897年)、放射性元素釙和鐳(1898年)等一系列沖擊經典物理學理論基礎的新發現紛至沓來。在此基礎上，盧瑟福和索迪於1902年提出了元素嬗變理論。 {HDnE~
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這一系列接踵而至的新發現不僅動搖了整個物理學的基礎，而且也震撼了兩百多年來在自然科學領域占統治地位的機械自然觀，於是出現了所謂的物理學危機。面對著無法納入力學理論框架的新事物，當時在一些科學家中間曾流行著諸如「物質消失了」，「科學破產了」之類的奇談怪論。這一切，在物理學界造成了一定的思想混亂，進一步加深了物理學危機的嚴重性。 h%L ?nF
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二、物理學家對危機的反應 $Xt^F@
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在世紀之交，物理學家是怎樣看待物理學危機的呢? U3wk h qlB
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當時，物理學家一開始都沒有覺察到物理學危機，至少是沒有意識到危機的嚴重性。他們依然堅信經典力學的理論框架是整個理論物理學大廈賴以建立的基礎，是所有其它科學分支賴以產生的根源。誰也沒有想過，整個物理學的基礎可能需要從根本上加以改造。 pu;(r%s.
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英國科學界元老開耳芬沒有覺察到物理學危機。他只是認為，物理學的發展不過是遇到了幾個較為嚴重的困難而已，這些困難能夠通過適當的方案逐一加以解決，而無須觸動整個物理學的基礎。因此他對於動搖這個基礎的新實驗和新理論往往持懷疑態度，甚至公開站出來反對。 !m+ zf9]
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引起所謂「紫外災難」的黑體輻射問題本來大大加劇了經典物理學的危機。可是，就連當時深深捲入這個問題的維恩、瑞利、洛倫茲等人都沒有意識到這種危機。他們力圖在經典理論的框架內解決難題，因而始終找不到正確的出路。甚至連量子論的創始人普朗克當時也沒有認識到這種危機。因此，他的開創性的工作不是自覺的，而是被迫的。難怪普朗克在邁出了關鍵性的一步後便開始猶豫彷徨，他懷疑自己的推導可能有某種缺陷，竭力設法把量子論與經典理論調和起來。至於維恩、瑞利，直到1905年都不同意量子概念，洛倫茲在1908年的羅馬講演中也表示難以接受普朗克的理論。 0r$P_k
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在玻耳茲曼看來，實際上存在著一種危機，但它只是哲學危機，而物理學本身不存在危機。玻耳茲曼1904年在美國聖路易斯國際技術與科學會議的講話中表示，問題在於哲學錯誤而不在於科學研究的不可矯正的缺點。物理學的迅猛發展清楚地表明，錯誤在於把研究某些普遍特徵的問題，如因果性的本質、物質和力的概念等任務託付給哲學了，而「哲學在闡明這些問題時顯然是無能為力的。」 玻耳茲曼認為，反對哲學的斗爭是使物理學獲得解放的首要條件，因而他十分激烈地進行了這一斗爭。玻耳茲曼是一位堅定的機械唯物主義者，他所反對的當然是一些唯心主義的哲學流派。他之所以這樣做，是因為無論在他生前或死後，以實證論為代表的唯心主義哲學思潮廣為流行，許多人錯誤地認為物理學危機導致了科學的破產和唯物主義的失敗，從而引起了一定的思想混亂。例如奧斯特瓦爾德就宣稱，物理學的發展已經面臨著危機。要消除這種危機，只能藉助於物質消失的哲學見解，把實體的屬性讓給能量(即唯能論)。皮爾遜也聲稱，「當前的危機實際在於」，「人們把物質看做是物理學的基本概念，」「現在似乎很顯然，電必定比物質吏為根本。」皮爾遜由此得出唯心主義的結論：「渴求給每一個概念都賦予客觀性，是完全沒有必要的。」 這些一度時髦的哲學很容易把物理學引入歧途，玻耳茲曼堅決反對它們是值得稱道的。但是，他的作法沒有、也不可能取得過大成效，因為作為他的戰鬥武器的機械唯物主義也正處於深刻的危機之中。而且，他又斷然否認物理學本身存在危機，這就使他無法對症下葯。因此玻耳茲曼雖然早先為經典物理學的發展做出了傑出的貢獻，但是在世紀之交物理學大變革時期，他卻看不到變革經典理論及其基礎的必要性和緊迫性，未能對已經出現的物理學革命的形勢提出有預見性的見解。  *FR0-HlR
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1905年之前，愛因斯坦還是一個默默無聞的年輕人，他不可能有多少言論和文章公諸於世。但是，從他後來的追憶以及別人所寫的有關材料中，我們可以清楚地看到，愛因斯坦在世紀之交對物理學危機具有深邃的洞察和獨到的見解。在前人的實驗和研究工作的基礎上，愛因斯坦看到物理學危機表現在兩個基本方面。其一是力學和電動力學兩種理論體系之間嚴重不協調。在這方面，他認為消除危機的出路是：擺脫居統治地位的教條式的頑固，擯棄絕對空間和絕對時間觀念，就能為整個物理學找到一個可靠的新基礎。其二是由於普朗克對熱輻射的研究而突然使人意識到危機的嚴重性。這就好像地基從下面給挖掉了，無論在什麼地方也看不到能夠進行建築的堅實基礎了。值得注意的是，愛因斯坦透過一些實驗事實與舊理論的矛盾，進一步察覺到經典物理學理論基礎，即其基本概念和基本原理的危機。因此，他漸漸對那種根據已知事實用構造性的努力去發現真實定律的可能性感到絕望了；他確信，只有發現一個普遍的形式原理，才能使我們得到可靠的結果。由於愛因斯坦對物理學危機和擺脫危機的出路具有真知灼見，因此他能夠以破竹之勢，於1905年一舉在上述兩方面取得劃時代的突破，全面打開了物理學革命的新局面，使物理學有可能消除危機。 ^aNkh,S,
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在當時科學界的知名人士當中，對物理學發展形勢看得最為清楚的是法國數學家、物理學家和天文學家昂利•彭加勒。他在1905年出版的《科學的價值》中，第一個明確地提出了物理學危機，並對它進行了比較全面的分析和論述。彭加勒認為，物理學危機是新的實驗發現與經典物理學的基本原理發生了無法調和的矛盾。危機是好事而不是壞事，它預示著一種行將到來的變革(彭加勒把鐳譽為「當代偉大的革命家」)，是物理學進入新階段的前兆。他正確地指出，要擺脫危機，就要在新實驗事實的基礎上重新改造物理學，使力學讓位於一個更為廣泛的概念。他一再肯定經典理論的固有價值，尖銳地批判了「科學破產」的錯誤論點。他還預見到了新力學的大致圖景，對科學的前途滿懷信心

三、物理學危機的實質 *!Ito}T
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盡管彭加勒在《科學的價值》中專用一章(第八章：物理學當前的危機)詳盡地論述了物理學危機，但是他主要是從物理學的角度看待這個問題的，他沒有徹底地從認識論的角度加以發揮，正如列寧所說，「他對這個問題的哲學方面沒有多大興趣」。 Sg:N=v\
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可是，法國的哲學問題著作家萊伊在《現代物理學家的物理學理論》(1907年)一書中非常詳細地論述了這一方面。在談到物理學危機的實質究竟是什麼時，萊伊說，在十九世紀前六十年中，物理學家在一切根本問題上是彼此一致的。他們相信對自然界的純粹力學的解釋，他們認為物理學無非是比較復雜的力學，即分子力學。他們只是在把物理學歸結為力學的方法問題上，在機械論的細節問題上有分歧。現在，物理化學的科學展示給我們的景況看來是完全相反的。嚴重的分歧代替了從前的一致，而且這種分歧不是在細節上，而是在基本的、主導的思想上。一方面，萊伊指出，物理學危機是「新的大發現所引起的典型的發育上的危機，」「危機會引起物理學的改革(沒有這點就不會有進化和進步)」，「從而新的時期就開始了。」「在若干年後觀察事件的歷史家，會很容易地在現代人只看到沖突、矛盾、分裂成各種學派的地方，看到一種不斷的進化。看來，物理學近年來所經歷的危機也是屬於這類情況的(不管哲學的批判根據這個危機做出什麼結論)。」另一方面，萊伊又指出，「對傳統機械論所作的批判破壞了機械論的這個本體論實在性的前提。在這種批判的基礎上，確立了對物理學的一種哲學的看法。」「依據這種看法，科學不過是符號的公式，是作記號的方法。」(轉引自文獻[5]，第259~262，311~312頁，以下引用該書只注頁碼)列寧在分析了物理學危機和萊伊的有關評論後強調指出：「觀代物理學危機的實質就是：舊定律和基本原理被推翻，意識之外的客觀實在被拋棄，這就是說，唯物主義被唯心主義和不可知論代替了。」(第264頁)  !pE^K
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對於物理學危機的實質的看法，目前存在著兩種不同的見解。第一種見解認為，列寧強調了危機的兩個方面，即物理學方面和哲學方面。例如，有人說，這兩方面在於：第一，這是舊概念、理論、原則等等與物理學的最新發現相矛盾；第二，這否定了在意識之外存在著客觀實在。有人雖然也認為，物理學危機是物理學理論的變革和做出唯心主義認識論的結論相結合所造成的，但是卻強調，關鍵在於做出唯心主義的結論所造成的。第二種見解則斷然認為，物理學根本不存在什麼危機問題。例如，有人說：「危機」不是發生在物理學問題上，而是發生在哲學認識論問題上。有人說：危機並不是由自然科學本身引起的，而是唯心主義和不可知論侵入了自然科學領域的結果。 l .NdNv0
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第二種見解顯然是錯誤的。首先，它完全違背前述的物理學發展的歷史事實，這是最根本的一點。事實上，物理學危機是物理學本身發展過程中出現的一種必然現象，它是新的革命性的發現與舊的基本概念和基本原理發生了尖銳的、不可調和的矛盾的結果，而不是唯心主義和不可知論侵入自然科學領域的結果。要知道，物理學不僅在它的孕育時期，而且從它誕生的第一天起就遭到過唯心主義和不可知論的侵襲(甚至還沒有擺脫神學觀念)，此後也無時無刻不受到侵襲，但是物理學並沒有老是處於危機狀態。可見，唯心主義和不可知論侵入物理學並不是物理學危機產生的根本原因。 /uV<qAYF
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其次，科學發展的「危機—革命」觀(恕我用此名詞代表彭加勒等人的科學發展觀)是符合某些科學部門在某個歷史時期的發展實際的。最早提出物理學危機的彭加勒就依據歷史事實認為，當前的物理學危機是物理學本身的危機，其實質是新的實驗事實與經典物理學的基本原理(卡諾原理、相對性原理、牛頓原理、拉瓦錫原理、邁爾原理)發生了尖銳的矛盾，這些矛盾是在舊理論框架內無法解決的。彭加勒認為，物理學發展史向我們表明，物理學在此之前已經歷過一次危機(中心力物理學的危機)，它促使我們「捨去舊的見解」把物理學推向一個新的階段(原理物理學)。彭加勒指出，當前原理物理學又面臨危機，而擺脫危機的出路在於：「力學必須讓位於一個較為廣泛的概念，這種概念將能解釋力學，而力學卻不能解釋這種概念。」 !V}$zJi
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被譽為自然科學大革新家的愛因斯坦不僅在世紀之交洞察到經典物理學在兩個方面存在著嚴重的危機，而且後來還多次闡述他的科學發展的「危機-革命」觀。在愛因斯坦看來，差不多科學上的重大進步都是由於舊理論遇到危機，在實在跟我們的理解之間發生劇烈沖突時出現的，這種沖突迫使我們排除根深蒂固的偏見，創造出新觀念和新理論，從而導致科學革命。愛因斯坦在1922年8月寫了一篇文章，題目就叫做「論理論物理學的現代危機」 。他在該文中指出，一定的基本概念和基本假設(基本原理)構成了物理學的基礎。「科學的進步會引起它的基礎的深刻的變革」，「近二十年來已經弄清楚，物理學的這個基礎……抵抗不住新的實驗數據的沖擊」，它同實驗「甚至產生了內在矛盾」(危機)，從而標志著「整個物理學的基礎可能需要從根本上加以改造」(革命)。愛因斯坦的這些議論具有真知灼見。 ^TaA^s.
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當代科學史家和科學哲學家庫恩進一步使「危機-革命」觀系統化。庫恩在《科學革命的結構》一書中不僅把「危機」作為他的科學發展的動態模式(前科學→常規科學→危機→科學革命→新的常規科學……)的重要環節，而且用相當篇幅專門論述了「危機」。在庫恩看來，當一種反常現象達到看來是常規科學的另一個難題的地步時，就開始轉化為危機和非常科學。一切危機都是從一種範式開始變模糊時開始的，同時一切危機都隨著範式的新的候補者出現，以及隨後為接受它斗爭而告終。危機是科學發展進程中的一個重要階段，是新理論誕生的前奏。危機的意義在於，它可以指示更換工具的時刻已經到來。危機是新理論出現所必需的前提條件，只有清醒地認識到危機和產生危機的根源，才有可能毅然決然地拋棄舊理論框架，自覺地尋找新理論框架，並以此為基礎重建新的理論體系；相反，看不到危機的根源和危機的嚴重性，就難以感覺到變革舊理論基礎的必要性和緊迫性，至多隻能在舊理論的框架內修修補補，甚至還會把別人所發現的觸及舊理論基礎的新現象、所提出的革命性的．新概念和新理論當做異端邪說而加以反對。而不能容忍危機的人，無疑已經被迫拋棄科學。庫恩的這些思想是值得肯定和借鑒的，物理

⑸ 簡要評價19世紀末物理學面臨的危機及意義

十九世紀末葉物理學上一系列重大發現，使經典物理學理論體系本身遇到了不可克服的危機，從而引起了現代物理學革命。由於生產技術的發展，精密、大型儀器的創制以及物理學思想的變革，這一時期的物理學理論呈現出高速發展的狀況。研究對象由低速到高速，由宏觀到微觀，深入到廣垠的宇宙深處和物質結構的內部，對宏觀世界的結構、運動規律和微觀物質的運動規律的認識，產生了重大的變革。相對論的量子力學的建立，克服了經典物理學的危機，完成了從經典物理學到現代物理學的轉變，使物理學的理論基礎發生了質的飛躍，改變了人們的物理世界圖景。1927年以後，量子場論、原子核物理學、粒子物理學、天體物理學和現代宇宙學，得到了迅速的發展。物理學向其它學科領域的推進，產生了一系列物理學的新部門和邊緣學科，並為現代科學技術提供了新思路和新方法。現代物理學的發展，引起了人們對物質、運動、空間、時間、因果律乃至生命現象的認識的重大變化，對物理學理論的性質的認識也發生了重大變化。現在越來越多的事實表明，物理學在揭開微觀和宏觀深處的奧秘方面，正醞釀著新的重大突破。現代物理學的理論成果應用於實踐，出現了象原子能、半導體、計算機、激光、宇航等許多新技術科學。這些新興技術正有力地推動著新的科學技術革命，促進生產的發展。而隨著生產和新技術的發展，又反過來有力地促進物理學的發展。這就是物理學的發展與生產發展的辨證關系。經典物理學已經發展到很完滿的階段，許多物理學家認為物理學已接近盡頭，以後的工作只是增加有效數字的位數。開爾文在19世紀最後一個除夕夜的新年祝詞中說：「物理大廈已經落成，……動力理論確定了熱和光是運動的兩種方式，現在它的美麗而晴朗的天空出現兩朵烏雲，一朵出現在光的波動理論，另一朵出現在麥克斯韋和玻耳茲曼的能量均分理論。」前者指的是以太漂移和邁克耳孫 - 莫雷測量地球對（絕對靜止的）以太速度的實驗，後者指用能量均分原理不能解釋黑體輻射譜和低溫下固體的比熱。恰恰是這兩個基本問題和開爾文所忽略的放射性，孕育了20世紀的物理學革命。