經典物理理論所遇到的問題有哪些

❶ 經典物理學遇到的倆朵烏雲是什麼

19世紀的最後一天，歐洲著名的科學家歡聚一堂。會上，英國著名物理學家W?湯姆生（即開爾文男爵）發表了新年祝詞。他在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，卻若有所思地講道：「動力理論肯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-玻爾茲曼理論上。」W.湯姆生在1900年4月曾發表過題為《19世紀熱和光的動力學理論上空的烏雲》的文章。他所說的第一朵烏雲，主要是指邁克爾遜-莫雷實驗結果和以太漂移說相矛盾；他所說的第二朵烏雲，主要是指熱學中的能量均分定則在氣體比熱以及勢輻射能譜的理論解釋中得出與實驗不等的結果，其中尤以黑體輻射理論出現的「紫外災難」最為突出。開爾文是19世紀英國傑出的理論物理和實驗物理學家，是一位頗有影響的物理學權威，他的說法道出了物理學發展到19世紀末期的基本狀況，反映了當時物理學界的主要思潮。
物理學發展到19世紀末期，可以說是達到相當完美、相當成熟的程度。一切物理現象似乎都能夠從相應的理論中得到滿意的回答。例如，一切力學現象原則上都能夠從經典力學得到解釋，牛頓力學以及分析力學已成為解決力學問題的有效的工具。對於電磁現象的分析，已形成麥克斯韋電磁場理論，這是電磁場統一理論，這種理論還可用來闡述波動光學的基本問題。至於熱現象，也已經有了唯象熱力學和統計力學的理論，它們對於物質熱運動的宏觀規律和分子熱運動的微觀統計規律，幾乎都能夠做出合理的說明。總之，以經典力學、經典電磁場理論和經典統計力學為三大支柱的經典物理大廈已經建成，而且基礎牢固，宏偉壯觀！在這種形勢下，難怪物理學家會感到陶醉，會感到物理學已大功告成，因而斷言往後難有作為了。這種思想當時在物理界不但普遍存在，而且由來已久。
普朗克曾在1924年做過一次演講。在演講中，他回憶1875年在慕尼黑大學學物理時，物理老師P.約里（1809-1884）曾勸他不要學純理論，因為物理學「是一門高度發展的、幾乎是臻善臻美的科學」，現在這門科學「看來很接近於採取最穩定的形式。也許，在某個角落裡還有一粒塵屑或一個小氣泡，對它們可以去進行研究和分類，但是，作為一個完整的體系，那是建立得足夠牢固的。而理論物理學正在明顯地接近於幾何學在數百年中所已具有的那樣完美的程度。」普朗克的另一位名師，柏林大學的G?基爾霍夫（1824-1887）也說過類似的話，他說「物理學已經無所作為，往後無非在已知規律的小數點後面加上幾個數字而已。」盡管開爾文對物理學成就的評價言之過激，但他能夠在此萬里晴空中發現「兩朵烏雲」並為之憂心忡忡，足見他富有遠見。物理學發展的歷史表明，正是這兩朵小小的烏雲，終於釀成了一場大風暴。
第一朵烏雲——邁克耳遜－莫雷實驗與「以太」說破滅
人們知道，水波的傳播要有水做媒介，聲波的傳播要有空氣做媒介，它們離開了介質都不能傳播。太陽光穿過真空傳到地球上，幾十億光年以外的星系發出的光，也穿過宇宙空間傳到地球上。光波為什麼能在真空中傳播？它的傳播介質是什麼？物理學家給光找了個傳播介質——「以太」。
最早提出「以太」的是古希臘哲學家亞里士多德。亞里士多德認為下界為火、水、土、氣四元素組成；上界加第五元素，「以太」。牛頓在發現了萬有引力之後，碰上了難題：在宇宙真空中，引力由什麼介質傳播呢？為了求得完整的解決，牛頓復活了亞里士多德的「以太」說，認為「以太」是宇宙真空中引力的傳播介質。後來，物理學家又發展了「以太」說，認為「以太」也是光波的傳播介質。光和引力一樣，是由「以太」傳播的。他們還假定整個宇宙空間都充滿了「以太」，「以太」是一種由非常小的彈性球組成的稀薄的、感覺不到的媒介。19世紀時，麥克斯韋電磁理論也把傳播光和電磁波的介質說成是一種沒有重量，可以絕對滲透的「以太」。「以太」既具有電磁的性質，又是電磁作用的傳遞者，又具有機械力學的性質，它是絕對靜止的參考系，一切運動都相對於它進行。這樣，電磁理論因牛頓力學取得協調一致。「以太」是光、電、磁的共同載體的概念為人們所普遍接受，形成了一門「以太學」。
但是，肯定了「以太」的存在，新的問題又產生了：地球以每秒30公里的速度繞太陽運動，就必須會遇到每秒30公里的「以太風」迎面吹來，同時，它也必須對光的傳播產生影響。這個問題的產生，引起人們去探討「以太風」存在與否。
為了觀測「以太風」是否存在，1887年，邁克耳遜（1852－1931）與美國化學家、物理學家莫雷（1838－1923）合作，在克利夫蘭進行了一個著名的實驗：「邁克耳遜－莫雷實驗」，即「以太漂移」實驗。實驗結果證明，不論地球運動的方向同光的射向一致或相反，測出的光速都相同，在地球同設想的「以太」之間沒有相對運動。因而，根本找不到「以太」或「絕對靜止的空間」。由於這個實驗在理論上簡單易懂，方法上精確可靠，所以，實驗結果否定「以太」之存在是毋庸置疑的。
邁克耳遜一莫雷實驗使科學家處於左右為難的境地。他們或者須放棄曾經說明電磁及光的許多現象的以太理論。如果他們不敢放棄以太，那末，他們必須放棄比「以太學」更古老的哥白尼的地動說。經典物理學在這個著名實驗面前，真是一籌莫展。
第二朵烏雲——黑體輻射與「紫外災難」
在同樣的溫度下，不同物體的發光亮度和顏色（波長）不同。顏色深的物體吸收輻射的本領比較強，比如煤炭對電磁波的吸收率可達到80％左右。所謂「黑體」是指能夠全部吸收外來的輻射而毫無任何反射和透射，吸收率是100％的理想物體。真正的黑體並不存在，但是，一個表面開有一個小孔的空腔，則可以看作是一個近似的黑體。因為通過小孔進入空腔的輻射，在腔里經過多次反射和吸收以後，不會再從小孔透出。
19世紀末，盧梅爾（1860－1925）等人的著名實驗―黑體輻射實驗，發現黑體輻射的能量不是連續的，它按波長的分布僅與黑體的溫度有關。從經典物理學的角度看來，這個實驗的結果是不可思議的。
怎樣解釋黑體輻射實驗的結果呢？當時，人們都從經典物理學出發尋找實驗的規律。前提和出發點不正確，最後都導致了失敗的結果。例如，德國物理學家維恩建立起黑體輻射能量按波長分布的公式，但這個公式只在波長比較短、溫度比較低的時候才和實驗事實符合。英國物理學家瑞利和物理學家、天文學家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，從瑞利——金斯公式推出，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」。它的失敗無可懷疑地表明經典物理學理論在黑體輻射問題上的失敗，所以這也是整個經典物理學的「災難」。

❷ 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。

❸ 理論物理領域中有哪些尚未解決的問題

理論物理學家李·斯莫林在他2006年出版的有爭議的書《物理學的麻煩：弦理論的興起、科學的衰落以及下一步的發展》中指出了“理論物理學中的五大問題”。

物理問題1：量子引力問題

另外，粒子物理的標准模型顯示了很多不同的粒子——總共18個基本粒子。許多物理學家認為，一個基本的自然理論應該有某種方法來統一這些

粒子

，所以用更基本的術語來描述它們。例如，在這些方法中定義最明確的弦理論預測，所有的粒子都是基本的能量絲或弦的不同振動模式。

物理問題4：調諧問題

理論物理模型是一個數學框架，為了進行預測，需要設置一定的參數。在粒子物理的標准模型中，參數由理論預測的18個粒子表示，即參數是通過觀測來測量的。

然而，一些物理學家認為，該理論的基本物理原理應該獨立於測量來確定這些參數。這在過去激發了人們對統一場論的熱情，並引發了愛因斯坦的著名問題“上帝在創造宇宙時是否有任何選擇？”宇宙的屬性在本質上決定了宇宙的形式嗎？因為如果形式不同，這些屬性就會失效。

這個問題的答案似乎強烈傾向於這樣的觀點，基於不同的物理參數、原始能量狀態等等，我們的宇宙只是這些可能的宇宙之一。在這種情況下，問題就變成了為什麼我們的宇宙有著如此精細的屬性來允許生命的存在。這個問題被稱為微調問題，並促使一些物理學家轉向人類學原理進行解釋，這就要求我們的宇宙具有它所具有的性質，因為如果它具有不同的性質，我們就不會在這里提出這個問題。

物理問題5：宇宙奧秘問題

宇宙仍然有很多奧秘，但最讓物理學家煩惱的是暗物質和暗能量。這種類型的物質和能量是通過其引力影響來探測的，但不能直接觀測到，所以物理學家們仍在試圖弄清楚它們是什麼。盡管如此，一些物理學家已經提出了對這些引力影響的替代解釋，這些解釋不需要新的物質和能量形式，但這些替代對大多數物理學家來說是不受歡迎的。

❹ 經典物理在黑體輻射問題上遇到什麼困難,又是如何解決

困難：從經典物理學出發推導出的維恩定律在低頻區域與實驗數據不相符，而在高頻區域，從經典物理學的能量均分定理推導出瑞利-金斯定律又與實驗數據不相符，在輻射頻率趨向無窮大時，能量也會變得無窮大，這結果被稱作「紫外災變」。

解決：1900年10月，馬克斯·普朗克將維恩定律加以改良，又將玻爾茲曼熵公式重新詮釋，得出了一個與實驗數據完全吻合普朗克公式來描述黑體輻射。

理想黑體可以吸收所有照射到它表面的電磁輻射，並將這些輻射轉化為熱輻射，其光譜特徵僅與該黑體的溫度有關，與黑體的材質無關。

但是在詮釋普朗克公式時，通過將物體中的原子看作微小的量子諧振子，他不得不假設這些量子諧振子的總能量不是連續的，即總能量只能是離散的數值（經典物理學的觀點恰好相反）。

後來，普朗克進一步假設單獨量子諧振子吸收和放射的輻射能是量子化的。

(4)經典物理理論所遇到的問題有哪些擴展閱讀

所謂黑體是指入射的電磁波全部被吸收，既沒有反射，也沒有透射( 當然黑體仍然要向外輻射)。

基爾霍夫輻射定律，在熱平衡狀態的物體所輻射的能量與吸收率之比與物體本身物性無關,只與波長和溫度有關。按照基爾霍夫輻射定律，在一定溫度下，黑體必然是輻射本領最大的物體，可叫作完全輻射體。

黑體輻射是指由理想放射物放射出來的輻射，在特定溫度及特定波長放射最大量之輻射。同時，黑體是可以吸收所有入射輻射的物體，不會反射任何輻射，但黑體未必是黑色的，例如太陽為氣體星球，可以認為射向太陽的電磁輻射很難被反射回來，所以認為太陽是一個黑體。

❺ 經典物理、相對論還有量子力學為什麼都存在缺陷

首先肯定是由於人類認知的相對性，所有人類理論都具有有效性和局限性。因此，人類的理解不僅有益，而且需要可持續發展。因此，人類的認知及其理論沒有對錯之分，只有認知效率水平。否則，人類的認知要麼是由錯誤的理論組成的，要麼會停滯不前，以上結果中的任何一個都違背了人類理解的初衷。

因此，擴展了量子糾纏的概念，並得出自然是非局部化和非理性的結論。如果要消除上述三種理論的局限性，統一不同領域的空間效應，該領域的現象和實驗，就需要建立先進的建構理論，即各種物理現象只是同一物理機制在不同限度下的不同表現，例如，由於普朗克常數h的普遍存在，並且其物理維數是粒子的角動量，這表明在我們的宇宙中存在無法分離的最小粒子，即量子。

關於經典物理相對論還有量子力學為什麼都存在缺陷的問題，今天就解釋到這里。