经典物理理论所遇到的问题有哪些

❶ 经典物理学遇到的俩朵乌云是什么

19世纪的最后一天，欧洲着名的科学家欢聚一堂。会上，英国着名物理学家W?汤姆生（即开尔文男爵）发表了新年祝词。他在回顾物理学所取得的伟大成就时说，物理大厦已经落成，所剩只是一些修饰工作。同时，他在展望20世纪物理学前景时，却若有所思地讲道：“动力理论肯定了热和光是运动的两种方式，现在，它的美丽而晴朗的天空却被两朵乌云笼罩了，”“第一朵乌云出现在光的波动理论上，”“第二朵乌云出现在关于能量均分的麦克斯韦-玻尔兹曼理论上。”W.汤姆生在1900年4月曾发表过题为《19世纪热和光的动力学理论上空的乌云》的文章。他所说的第一朵乌云，主要是指迈克尔逊-莫雷实验结果和以太漂移说相矛盾；他所说的第二朵乌云，主要是指热学中的能量均分定则在气体比热以及势辐射能谱的理论解释中得出与实验不等的结果，其中尤以黑体辐射理论出现的“紫外灾难”最为突出。开尔文是19世纪英国杰出的理论物理和实验物理学家，是一位颇有影响的物理学权威，他的说法道出了物理学发展到19世纪末期的基本状况，反映了当时物理学界的主要思潮。
物理学发展到19世纪末期，可以说是达到相当完美、相当成熟的程度。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。例如，一切力学现象原则上都能够从经典力学得到解释，牛顿力学以及分析力学已成为解决力学问题的有效的工具。对于电磁现象的分析，已形成麦克斯韦电磁场理论，这是电磁场统一理论，这种理论还可用来阐述波动光学的基本问题。至于热现象，也已经有了唯象热力学和统计力学的理论，它们对于物质热运动的宏观规律和分子热运动的微观统计规律，几乎都能够做出合理的说明。总之，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！在这种形势下，难怪物理学家会感到陶醉，会感到物理学已大功告成，因而断言往后难有作为了。这种思想当时在物理界不但普遍存在，而且由来已久。
普朗克曾在1924年做过一次演讲。在演讲中，他回忆1875年在慕尼黑大学学物理时，物理老师P.约里（1809-1884）曾劝他不要学纯理论，因为物理学“是一门高度发展的、几乎是臻善臻美的科学”，现在这门科学“看来很接近于采取最稳定的形式。也许，在某个角落里还有一粒尘屑或一个小气泡，对它们可以去进行研究和分类，但是，作为一个完整的体系，那是建立得足够牢固的。而理论物理学正在明显地接近于几何学在数百年中所已具有的那样完美的程度。”普朗克的另一位名师，柏林大学的G?基尔霍夫（1824-1887）也说过类似的话，他说“物理学已经无所作为，往后无非在已知规律的小数点后面加上几个数字而已。”尽管开尔文对物理学成就的评价言之过激，但他能够在此万里晴空中发现“两朵乌云”并为之忧心忡忡，足见他富有远见。物理学发展的历史表明，正是这两朵小小的乌云，终于酿成了一场大风暴。
第一朵乌云——迈克耳逊－莫雷实验与“以太”说破灭
人们知道，水波的传播要有水做媒介，声波的传播要有空气做媒介，它们离开了介质都不能传播。太阳光穿过真空传到地球上，几十亿光年以外的星系发出的光，也穿过宇宙空间传到地球上。光波为什么能在真空中传播？它的传播介质是什么？物理学家给光找了个传播介质——“以太”。
最早提出“以太”的是古希腊哲学家亚里士多德。亚里士多德认为下界为火、水、土、气四元素组成；上界加第五元素，“以太”。牛顿在发现了万有引力之后，碰上了难题：在宇宙真空中，引力由什么介质传播呢？为了求得完整的解决，牛顿复活了亚里士多德的“以太”说，认为“以太”是宇宙真空中引力的传播介质。后来，物理学家又发展了“以太”说，认为“以太”也是光波的传播介质。光和引力一样，是由“以太”传播的。他们还假定整个宇宙空间都充满了“以太”，“以太”是一种由非常小的弹性球组成的稀薄的、感觉不到的媒介。19世纪时，麦克斯韦电磁理论也把传播光和电磁波的介质说成是一种没有重量，可以绝对渗透的“以太”。“以太”既具有电磁的性质，又是电磁作用的传递者，又具有机械力学的性质，它是绝对静止的参考系，一切运动都相对于它进行。这样，电磁理论因牛顿力学取得协调一致。“以太”是光、电、磁的共同载体的概念为人们所普遍接受，形成了一门“以太学”。
但是，肯定了“以太”的存在，新的问题又产生了：地球以每秒30公里的速度绕太阳运动，就必须会遇到每秒30公里的“以太风”迎面吹来，同时，它也必须对光的传播产生影响。这个问题的产生，引起人们去探讨“以太风”存在与否。
为了观测“以太风”是否存在，1887年，迈克耳逊（1852－1931）与美国化学家、物理学家莫雷（1838－1923）合作，在克利夫兰进行了一个着名的实验：“迈克耳逊－莫雷实验”，即“以太漂移”实验。实验结果证明，不论地球运动的方向同光的射向一致或相反，测出的光速都相同，在地球同设想的“以太”之间没有相对运动。因而，根本找不到“以太”或“绝对静止的空间”。由于这个实验在理论上简单易懂，方法上精确可靠，所以，实验结果否定“以太”之存在是毋庸置疑的。
迈克耳逊一莫雷实验使科学家处于左右为难的境地。他们或者须放弃曾经说明电磁及光的许多现象的以太理论。如果他们不敢放弃以太，那末，他们必须放弃比“以太学”更古老的哥白尼的地动说。经典物理学在这个着名实验面前，真是一筹莫展。
第二朵乌云——黑体辐射与“紫外灾难”
在同样的温度下，不同物体的发光亮度和颜色（波长）不同。颜色深的物体吸收辐射的本领比较强，比如煤炭对电磁波的吸收率可达到80％左右。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。真正的黑体并不存在，但是，一个表面开有一个小孔的空腔，则可以看作是一个近似的黑体。因为通过小孔进入空腔的辐射，在腔里经过多次反射和吸收以后，不会再从小孔透出。
19世纪末，卢梅尔（1860－1925）等人的着名实验―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看来，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？当时，人们都从经典物理学出发寻找实验的规律。前提和出发点不正确，最后都导致了失败的结果。例如，德国物理学家维恩建立起黑体辐射能量按波长分布的公式，但这个公式只在波长比较短、温度比较低的时候才和实验事实符合。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，建立起在波长比较长、温度比较高的时候和实验事实比较符合的黑体辐射公式。但是，从瑞利——金斯公式推出，在短波区（紫外光区）随着波长的变短，辐射强度可以无止境地增加，这和实验数据相差十万八千里，是根本不可能的。所以这个失败被埃伦菲斯特称为“紫外灾难”。它的失败无可怀疑地表明经典物理学理论在黑体辐射问题上的失败，所以这也是整个经典物理学的“灾难”。

❷ 目前的科学常识是经典物理学，那么典物理学到底存在什么问题

我们知道，人类从自然现象中发现规律，总结出因果逻辑关系，构建理论，解释更多的的客观现象。这些认知构成我们的科学常识，而这个科学常识就是物理学，这一时期的物理学称之为经典物理学。甚至可以说，经典物理学就是常识，常识就是经典物理学。经典物理学是一个包括力学、热力学、声学、光学、电动力学等学科在内的理论体系。理论严谨、明晰，这就是科学常识。如今，从家用电器到宇宙飞船，人类的科技都建立在经典物理学的基础之上。

经典物理学无法自洽地解释"紫外灾变"问题，原因是当时的经典理论认为辐射是连续的。如果把能量子看作一段段的并不连续的电磁波就可以完美地解释"紫外灾变"问题，即修改经典物理学之前的假设，将连续辐射修改为非连续辐射问题就解决了。经典物理学存在的问题并不是那"两朵乌云"，真正的危机在于经典物理学是建立在波动说基础的理论（第二次波粒之争以后），波动说的理念是："万物皆是波（普朗克的观点）"。但是，宇宙的物质都是由"实实在在"的物质构成，如果万物皆是波，那么，必须要有由波转化为粒子的机制（量子化）。但是，德布罗意、薛定谔和玻姆都没能自洽地解释宇宙万物（普通物质）的"实在性"。事实上，找到由波转化为粒子的量子化方法，就可以自洽地解析波粒二象性，经典物理学也将重获新生。

❸ 理论物理领域中有哪些尚未解决的问题

理论物理学家李·斯莫林在他2006年出版的有争议的书《物理学的麻烦：弦理论的兴起、科学的衰落以及下一步的发展》中指出了“理论物理学中的五大问题”。

物理问题1：量子引力问题

另外，粒子物理的标准模型显示了很多不同的粒子——总共18个基本粒子。许多物理学家认为，一个基本的自然理论应该有某种方法来统一这些

粒子

，所以用更基本的术语来描述它们。例如，在这些方法中定义最明确的弦理论预测，所有的粒子都是基本的能量丝或弦的不同振动模式。

物理问题4：调谐问题

理论物理模型是一个数学框架，为了进行预测，需要设置一定的参数。在粒子物理的标准模型中，参数由理论预测的18个粒子表示，即参数是通过观测来测量的。

然而，一些物理学家认为，该理论的基本物理原理应该独立于测量来确定这些参数。这在过去激发了人们对统一场论的热情，并引发了爱因斯坦的着名问题“上帝在创造宇宙时是否有任何选择？”宇宙的属性在本质上决定了宇宙的形式吗？因为如果形式不同，这些属性就会失效。

这个问题的答案似乎强烈倾向于这样的观点，基于不同的物理参数、原始能量状态等等，我们的宇宙只是这些可能的宇宙之一。在这种情况下，问题就变成了为什么我们的宇宙有着如此精细的属性来允许生命的存在。这个问题被称为微调问题，并促使一些物理学家转向人类学原理进行解释，这就要求我们的宇宙具有它所具有的性质，因为如果它具有不同的性质，我们就不会在这里提出这个问题。

物理问题5：宇宙奥秘问题

宇宙仍然有很多奥秘，但最让物理学家烦恼的是暗物质和暗能量。这种类型的物质和能量是通过其引力影响来探测的，但不能直接观测到，所以物理学家们仍在试图弄清楚它们是什么。尽管如此，一些物理学家已经提出了对这些引力影响的替代解释，这些解释不需要新的物质和能量形式，但这些替代对大多数物理学家来说是不受欢迎的。

❹ 经典物理在黑体辐射问题上遇到什么困难,又是如何解决

困难：从经典物理学出发推导出的维恩定律在低频区域与实验数据不相符，而在高频区域，从经典物理学的能量均分定理推导出瑞利-金斯定律又与实验数据不相符，在辐射频率趋向无穷大时，能量也会变得无穷大，这结果被称作“紫外灾变”。

解决：1900年10月，马克斯·普朗克将维恩定律加以改良，又将玻尔兹曼熵公式重新诠释，得出了一个与实验数据完全吻合普朗克公式来描述黑体辐射。

理想黑体可以吸收所有照射到它表面的电磁辐射，并将这些辐射转化为热辐射，其光谱特征仅与该黑体的温度有关，与黑体的材质无关。

但是在诠释普朗克公式时，通过将物体中的原子看作微小的量子谐振子，他不得不假设这些量子谐振子的总能量不是连续的，即总能量只能是离散的数值（经典物理学的观点恰好相反）。

后来，普朗克进一步假设单独量子谐振子吸收和放射的辐射能是量子化的。

(4)经典物理理论所遇到的问题有哪些扩展阅读

所谓黑体是指入射的电磁波全部被吸收，既没有反射，也没有透射( 当然黑体仍然要向外辐射)。

基尔霍夫辐射定律，在热平衡状态的物体所辐射的能量与吸收率之比与物体本身物性无关,只与波长和温度有关。按照基尔霍夫辐射定律，在一定温度下，黑体必然是辐射本领最大的物体，可叫作完全辐射体。

黑体辐射是指由理想放射物放射出来的辐射，在特定温度及特定波长放射最大量之辐射。同时，黑体是可以吸收所有入射辐射的物体，不会反射任何辐射，但黑体未必是黑色的，例如太阳为气体星球，可以认为射向太阳的电磁辐射很难被反射回来，所以认为太阳是一个黑体。

❺ 经典物理、相对论还有量子力学为什么都存在缺陷

首先肯定是由于人类认知的相对性，所有人类理论都具有有效性和局限性。因此，人类的理解不仅有益，而且需要可持续发展。因此，人类的认知及其理论没有对错之分，只有认知效率水平。否则，人类的认知要么是由错误的理论组成的，要么会停滞不前，以上结果中的任何一个都违背了人类理解的初衷。

因此，扩展了量子纠缠的概念，并得出自然是非局部化和非理性的结论。如果要消除上述三种理论的局限性，统一不同领域的空间效应，该领域的现象和实验，就需要建立先进的建构理论，即各种物理现象只是同一物理机制在不同限度下的不同表现，例如，由于普朗克常数h的普遍存在，并且其物理维数是粒子的角动量，这表明在我们的宇宙中存在无法分离的最小粒子，即量子。

关于经典物理相对论还有量子力学为什么都存在缺陷的问题，今天就解释到这里。