第214章 經典物理學的璀璨與烏雲

  1909年7月15日，格里高利等人終於完成了所有資料的整理。

  李奇維開始了為期三天的閉關模式。

  他要試圖用一條清晰的脈絡，串聯好經典物理學與現代物理學。

  原始的稿件肯定是不能給世人看到的，他在10月份的演講也只會從中截取。

  因為他的稿件里會有未來二三十年的所有物理學大事。

  任何一個拿出來，都是諾獎級的成果。

  普通物理學家一生所求，可能只是稿件里微不足道的一段話。

  放在玄幻世界，這妥妥的就是至高神器，真理之書。

  看著面前被幾個博士生整理的井井有條的論文和作者研究內容，李奇維心生感慨。

  他終於走到了這一步。

  以至高的視角，梳理物理學史，為後人開闢新的方向和道路。

  這應該算是，為往聖繼絕學，為萬世開太平！

  雖然這個時間點，物理學還有很多的理論和現象沒有發現。

  但是幾十年後，李奇維必然還會以崇高的身份，再做一次類似的事情。

  物理學史和傳統的文明歷史不同，沒有足夠的物理知識，肯定寫不出邏輯自洽的故事。

  他拋開雜念，開始下筆。

  19世紀，是經典物理學最輝煌的時期。

  經典物理學由三大理論組成，分別是：牛頓力學理論、麥克斯韋電磁學理論、熱力學和統計力學理論。

  三大理論，主管了力、光、電、磁、熱等物理現象，互相呼應和補充，能解釋世間萬物運行的規律。

  至於其他聲、波動等現象，都是這三大理論的組合和延伸而已。

  每個理論都有其核心和里程碑時刻。

  牛頓力學理論的核心是牛頓三大定律和萬有引力定律。

  1846年，物理學家通過萬有引力定律，成功預測出海王星的存在，並找到了它。

  海王星也被稱為「筆尖上的行星」。

  這是牛頓力學最高光的時刻。

  人類僅僅通過一支筆，就計算出天體那樣偉大的存在，以孱弱之軀，戰勝自然。

  牛頓力學也從此被捧上神壇，它權威、神聖、真理。

  法國物理學家拉普拉斯，更是大膽，他想像出有一個拉普拉斯獸。

  它可以獲得宇宙中所有物質的運動狀態，並且知道物質之間的相互作用。

  那麼按照牛頓力學的計算，拉普拉斯獸就可以知道整個宇宙的過去、現在和未來。

  這種絕對性、連續性、因果性的宇宙觀，就是牛頓力學的哲學觀。

  這種觀念統治著所有人。

  在這種思想下成長起來的物理學家，他們都叫經典物理學家。

  包括洛倫茲、普朗克，甚至是愛因斯坦。

  這也是為什麼洛倫茲離相對論只有臨門一腳，卻始終不敢邁過去，因為相對論違反了絕對性。

  普朗克為什麼推開了量子論的大門，卻不敢再進一步，因為量子論違反了連續性。

  而愛因斯坦到死都不願意承認量子力學的概率解釋，因為概率解釋違反了因果性。

  愛因斯坦作為舊物理與新物理交替時代產生的大佬，他的身上有一種矛盾之美。

  他不顧無數人的反對，堅持相對論，卻認為量子力學是錯的。

  當然，這些是後話了。

  牛頓力學之後，就是麥克斯韋電磁學。

  它的核心是麥克斯韋方程組，高光時刻則是電磁波的發現。

  電和磁這兩種現象，其實早在牛頓之前，就有很多人研究了。

  因為它們太常見了，自然界就存在閃電和磁鐵，想不注意這二者都難。

  但是直到19世紀初期，物理學家們才發現兩者之間的關係。

  1819年，丹麥物理學家奧斯特發現，放在通電導線旁邊的羅盤竟然發生了偏轉。

  接著，法國物理學家安培更進一步，他發現兩根電流方向不同的通電導線，他們之間竟然會產生吸引力。

  而若是通電方向相同，則會產生排斥力。

  這說明，通電的導線竟然產生了磁場，所謂的電生磁現象。

  後來英國物理學家法拉第，來了一個逆向思維，既然電能生磁，那磁能不能生電呢？

  他做了一個實驗，把磁鐵放在螺旋線圈中，讓磁鐵上下運動，線圈中果然產生了電流。

  這就是電磁感應現象。

  於是，物理學家們開始思考，為何電和磁兩種看起來完全不相關的現象，卻會有這樣的聯繫和作用。

  直到麥克斯韋橫空出世，發表了麥克斯韋方程組，統一了電和磁。

  他證明電和磁，只是電磁這個現象的不同表現形式而已。

  並且，麥克斯韋方程組預言了電磁波的存在，計算出它的速度是c，和當時測量的光速一樣。

  所以，麥克斯韋認為光就是一種電磁波。

  8年後，德國物理學家赫茲真的在實驗室發現了電磁波，測量其速度發現和方程計算的結果一樣。

  至此，麥克斯韋徹底封神，電磁理論完美無缺，和牛頓力學一樣。

  最後的熱力學和統計力學，之所以前面沒有冠上名字，是因為它的誕生，是許多物理學家合力的結果。

  不像牛頓和麥克斯韋，完全是憑藉一己之力硬生生創造一門理論。

  熱力學和統計力學的核心是三大定律。

  其實在1900年之前，熱力學三大定律就已經成型了。

  雖然第三定律在1906年才被能斯特發表，但那也只是最終的確認過程。

  熱力學第一定律是能量守恆定律，由焦耳在1850年提出，其核心參數是內能。

  如今所有的物理學家都默認這個定律是正確的。

  第一定律也證明了第一類永動機（一種能不斷自動做功而無須消耗任何能源的機器）是不可能存在的。

  熱力學第二定律是熵增原理。

  在克勞修斯、開爾文勳爵、麥克斯韋、玻爾茲曼等幾位大佬的努力下，得到完善。

  克勞修斯第一個提出「熵」的概念，麥克斯韋第一個用統計學來描述宏觀氣體。

  那個時期原子都還沒有被證明存在，麥克斯韋是假設原子存在，然後用統計學解釋了氣體的壓力和溫度等。

  大佬確實牛逼，干任何領域都牛逼。

  熱力學只是麥克斯韋無聊時的研究樂趣而已。

  而開爾文勳爵則提出了第二定律的標準說法：不可能從單一熱源吸熱使之完全變為有用功而不產生其他影響。

  這個定律也徹底否定了第二類永動機的存在。

  後來，玻爾茲曼繼承了麥克斯韋的思想，他把熵和系統的無序狀態聯繫在一起。

  從統計力學的角度，重新用概率定義了熱力學第二定律。

  這也是為何熱力學和統計力學往往是放在一起講的。

  而這種統計力學的思想，也為後面的愛因斯坦提供了靈感。

  接下來，就是能斯特發現熱力學第三定律，徹底補齊熱力學理論。

  至此，經典物理學的三大理論全部完成，熠熠生輝，神聖無比，統治物質世界。

  自然界的任何現象，都可以用這三大理論解釋。

  大到天體運動，小到蘋果落地；快到電磁波，慢到機械波；熱到太陽之力，冷到極寒之力。

  三大理論牢不可破，宛如神靈，支配世界。

  所以，物理學家們才會膨脹了，認為物理學已經完美了，沒啥可研究的了。

  這就是開爾文勳爵在1900年4月的那場報告上，所處的時代背景。

  他認為目前物理學界只有兩朵烏雲。

  然而在更遙遠的地方，其實還有幾朵小烏雲，只不過當時的物理學家沒有在意而已。

  如果說經典物理學是牛人輩出，大神同台競技。

  那麼現代物理學則是天才宛如流星划過，璀璨至極。

  李奇維寫到這裡，微微一笑，接下來，就是各種顛覆的現象的現代物理學出現了。

  第一朵烏雲和麥克斯韋電磁學有關，也就是麥可遜-莫雷實驗。

  該實驗發現以太不存在，光速不變。

  由此引發了李奇維和愛因斯坦合作發表的狹義相對論。

  而接下來，將是震驚世界的廣義相對論，當然，李奇維現在還沒有準備好。

  第二朵烏雲和熱力學有關，即能量均分定理在黑體輻射中遇到了問題。

  由此引發了李奇維和普朗克合作發表的量子論。

  而未來的玻爾將會把量子概念，應用到原子結構中，提出量子化軌道。

  這將是舊量子論的巔峰。

  真實歷史上，普朗克、愛因斯坦、玻爾，就是舊量子論三巨頭。

  然而現在，三巨頭將會變成了普朗克、李奇維、玻爾。

  但即便到那個時候，量子論依然沒有蛻變成量子力學。

  直到海森堡提出矩陣力學，量子力學才真正成為一門理論，後面不斷完善。

  這中間發生的故事，涉及到的物理學家比較多。

  李奇維慢慢地按照時間順序，記錄下來。

  除了上面的兩朵烏雲，還有幾朵小烏雲。

  第一朵小烏雲是光電效應，已經被李奇維提出的光量子解決。

  真實歷史上，是被愛因斯坦解決，這也是他為何會被稱為舊量子論三巨頭之一的原因。

  因為光量子的概念，就是把光當成了一個個量子。

  雖然密立根已經證實了該理論的正確性，但是很多物理學家依然不相信，光會是量子的。

  因為他們想像不出來這個圖景。

  第二朵小烏雲是元素的光譜問題，即光譜學。

  它是研究電磁波和物質之間的相互作用的一門學科。

  早在幾百年前，牛頓就已經使用三稜鏡分解太陽光，發現了太陽的簡易光譜。

  後來物理學家們藉助更先進的光柵等光學儀器，可以分析一束電磁波的波長分布。

  這種各個波長的電磁波排列在面板上的圖像就是所謂的光譜。

  十九世紀，德國是光學研究的中心，黑體輻射問題也是德國最先提出和展開研究的。

  1850年左右，德國物理學家基爾霍夫，發現了元素的放射光譜。

  那個時代，人們還不知道原子到底存不存在。

  所謂的化學家，能幹的事就是稱量一下反應前後的重量變化，或者是把元素放在火上燒一燒。

  嘿，你別說，這一燒，就燒出個重大成果。

  化學家們發現，每種元素在被火焰灼燒時，都會有自己特定的顏色。

  比如鉀元素是紫色、鈉元素是黃色、鈣元素是紅色。

  後世的我們知道這些是焰色反應，是由電子躍遷造成的。

  但那時的科學家們可不知道。

  後來基爾霍夫知道這個現象後，他很感興趣。

  他製作了一個光譜儀，專門分析這些元素被燒時放射的光譜。

  他發現元素的放射光譜都是分開的線條，就像條形碼一樣，而不是連續的波譜。

  接著，他把當時已知的所有元素的放射光譜，全都做實驗記錄了下來。

  以後拿到一團未知的物質，只要放在火上一燒，分析它的光譜，就能知道物質的組成元素。

  後來，基爾霍夫宣稱他知道了太陽的組成。

  這立馬在科學界引起了軒然大波，超級震動。

  所有人都覺得不可思議，然而當他們了解了基爾霍夫的理論後，發現好像確實能知道太陽的組成了。

  因為只要分析太陽的發射光譜就行了。

  但是，激動過後，物理學家們就產生了疑問。

  元素的發射光譜是如何形成？

  為什麼這些光譜是分開的線條而不連續？

  為什麼每種元素的發射光譜不一樣呢？

  真實歷史上，這些問題都會被未來的玻爾解決。

  第三朵小烏雲是元素周期表的排列問題。

  雖然門捷列夫大神，創造了震驚世人的元素周期表，但他是按照原子量的大小排列各種元素的。

  比如氫元素的原子量最小，定為1。

  其他元素依次按照重量與其比較，不同的原子量就排在不同的位置。

  然而隨著盧瑟福發現了放射性現象的本質。

  人們又發現了很多新的元素，這些元素和某些元素化學性質完全一樣，但是原子量卻不一樣。

  那麼這些新的元素要放在元素周期的什麼位置？

  真實歷史上，索迪提出同位素的概念後，才完美解決了這個問題。

  而索迪的成果，幾乎都是在盧瑟福的實驗基礎上完成的。

  可見這個時代，化學家相比物理學家多麼卑微。

  化學家在世人的眼裡就是鍊金術士，根本毫無理論可言。

  物理學家們隨手漏點，都夠化學家消化一段時間了。

  也難怪說化學的本質是物理。

  至於第四朵小烏雲，李奇維把「場」放了上來。

  電場、磁場等等，此時的物理學家們對於場的概念一點也不陌生。

  用它解決問題得心應手。

  然而場看不見、摸不著，卻又真實存在，就像幽靈一般。

  沒有人知道場的本質是什麼。

  後來狄拉克把場和量子力學結合在一起，創造了量子場論，深深影響了後世的物理學。

  李奇維寫到這裡，就停下筆了。

  他終於把經典物理學遇到的最主要的問題，梳理完畢。

  接下來，就是實驗物理學家們發現的更多的問題。

  比如倫琴的X射線、居里夫人的放射性、湯姆遜的原子結構研究等等。

  這些都是屬於現代物理學的內容了。

  這也是從1900年到1909年為止，物理學家們主要的研究內容。

  再加上相對論和量子論，新舊物理學涇渭分明。

  這些新的理論和現象，才算是真正打開物理學的大門，讓人類一窺真理的面容。

  曾經讓所有物理學家引以為傲的經典物理學大廈，開始風雨飄搖。

  而新的大廈，剛剛打下地基，還未展現它璀璨的一面。

  這是最好的時代，舊神已經隕落，新神還未歸位。

  這也是最壞的時代，物理學的發展逐漸超越了人類的想像，世界的本質甚至都變得模糊。

  哪怕是真神也有被蒙蔽雙眼的時候。

  李奇維突然豪情萬丈。

  他作為相對論和量子力學的共同創始人，自然知道未來是多麼的精彩。

  那一個個激動人心的理論和發現，都將與他脫不開關係。

  他要超越眾神，成為眾神之神！

  今天可能就這一更哈，但字數其實算2更了。

  接下來的劇情還是很難寫的，作者需要仔細查一下資料。

  關鍵是又要寫爽，又要寫對，嗚嗚嗚，難度太大了。

  而且我為了讀者方便，還得科普很多內容。這就導致內容會稍微繁瑣一點，希望大家不要介意。

  因為不寫清楚的話，大家可能根本不知道爽在哪裡。

  總不能，我水字數，說，哇，這個理論牛逼，所有人膜拜。

  大家只會：？？？黑人問號臉。

  (本章完)