20世纪物理天空的两朵乌云

一、关于19世纪末、20世纪初开尔文提出的20世纪的两朵乌云
1900年的4月27日，在英国伦敦阿尔伯马尔街的皇家研究所举行了一个报告会。对科学界来说，这可是一件大事情。其时，欧洲有名的科学家都赶到这里，聆听德高望重、然而却以顽固出名的老头子——开尔文男爵（开尔文本名汤姆逊）的演讲。当时。开尔文已经76岁。开尔文演讲的名字为：《在热和光动力理论上空的19世纪乌云》。开尔文说：
“动力学理论断言，热和光都是运动的方式。但现在这一理论的明晰性和优美性却被两朵乌云遮蔽，显得黯然失色了……”这个“乌云”的比喻后来变得如此出名，以致于几乎在每一本关于物理史的书籍中都被反复地引用，成了一种模式化的陈述。联系到当时人们对物理学大一统的乐观情绪，许多时候这个表述又变成了“在物理学阳光灿烂的天空中漂浮着两朵小乌云”。这两朵著名的乌云，分别指的是经典物理在光以太和麦克斯韦－玻尔兹曼能量均分学说上遇到的难题。再具体一些，这两朵乌云指的就是人们在迈克尔逊－莫雷实验和黑体辐射研究中的困境。
第一朵乌云即迈克尔逊－莫雷实验。这个实验的用意在于探测光以太对于地球的漂移速度。在人们当时的观念里，以太代表了一个绝对静止的参考系，而地球穿过以太在空间中运动，就相当于一艘船在高速行驶，迎面会吹来强烈的“以太风”。迈克尔逊在1881年进行了一个实验，想测出这个相对速度，但结果并不十分令人满意。于是，他和另外一位物理学家莫雷合作，在1886年安排了第二次实验。这可能是当时物理史上进行过的最精密的实验了。他们动用了最新的干涉仪。为了提高系统的灵敏度和稳定性，他们甚至多方筹措，弄来了一块大石板，把它放在一个水银槽上。这样，就把干扰的因素降到了最低的限度。
然而，实验结果却让他们无比震惊和失望：两束光线根本就没有表现出任何的时间差。以太似乎对穿越于其中的光线毫无影响。迈克尔逊和莫雷不甘心，一连观测了四天，情况都是一样。迈克尔逊和莫雷甚至还想连续观测一年，以确定在四季中，地球绕太阳运行对以太风造成的差别。但因为这个否定的结果是如此清晰而不容质疑，