邮票上的物理学史_19世纪与20世纪之交
盘点19-20世纪之交的科学重大发现
盘点19-20世纪之交的科学重大发现19-20世纪之交是物理学发展史上不平凡的时期，堪称物理学的黄金时代。
这一期间的物理学有许多新的发现，这些发现与经典理论存在着不可调和的矛盾，迫使人们冲破原有理论框架的束缚，从新的视觉探索理解物质世界，从而诞生了相对论和量子理论。
现在我们就来盘点一下这个时期的重大发现。
1. 1895年伦琴发现X射线2. 1896年贝克勒尔发现放射性3. 1896年塞曼发现磁致光谱线分裂4. 1897年汤姆生发现电子5. 1898年卢瑟福发现α射线6. 1898年居里夫妇发现放射性元素钋和镭7. 1899-1900年卢梅尔和鲁本斯等人发现热辐射能量分布曲线偏离维恩分布率8. 1900年维拉德Gamma射线9. 1901年考夫曼发现电子的质量随速度增加10. 1902年勒那德发现光电效应基本规律11. 1902年里查森发现热电子发射规律12. 1903年卢瑟福发现放射性元素的蜕变规律1.1895年伦琴发现X射线X射线的发现过程，是一个充满偶然性的故事。
1895年，德国物理学家威廉·康拉德·伦琴进行有关密封玻璃管里的发光现象的研究——在装有两个电极的真空玻璃管（雷钠管）的电极上实加高电压放电。
这项实验在当时并不是新鲜事，有很多人感兴趣研究，一加高电压，雷钠管内就会发光，但是对于为什么发光却一直是一个谜。
1895年11月8日下午，伦琴和夫人吃完了饭，回到实验室再次观察雷钠管的发光现象。
他从架子上拿了一只雷钠管，用黑色纸套把它严严实实地包了起来。
接着，他关上门窗，把房间弄黑，然后给管子接通高压电源，让管子放电，以便检查黑色纸套是否漏光。
正当他准备开始正式实验时，突然发现一种奇异的现象：附近的小工作台上有一块涂了氰亚铂酸钡的纸板发出了一片明亮的荧光。
切断电源，荧光随之消失。
伦琴发现这一现象后，又仔细观察了产生这种现象的原因。
他用10张黑纸包着玻璃管，氰亚铂酸钡纸板照样出现荧光；如果把厚铅板夹在里面隔开玻璃管和荧光纸板，亮光就突然消失了，当铅板一拿开，又重新发亮。
第五章 19-20世纪之交的实验新发现
第五章 19-20世纪之交的实验新发现
2. 顽强拼搏，从事放射性研究
1896年，法国物理学家贝克勒尔发现了铀 盐具有放射性的特性，这项发现引起了居里夫 妇极大的兴趣。这种神秘射线从哪里来？除了 铀盐外其他物质是否也有放射性？它们的强度 能否比铀盐强？一连串的问题极具挑战性。自 此，居里夫人再也没离开过这条新的科学研究 之路，她顽强拼搏，战胜了一个又一个在实验 科学史上罕见的困难，取得了巨大成就。她把 一生奉献给了放射性研究，直到病故。
Konrad Röntgen ，
1845—1923）教授，
也致力于阴极射线的
研究。
第五章 19-20世纪之交的实验新发现
1895年11月8日晚,伦琴用黑的厚纸板把阴极射 线管子包起来，意外地发现1米以外的荧光屏在闪 光。他把荧光屏挪到2米远处，发现其依然在闪光。 这绝不是阴极射线，因为阴极射线没有这么强的穿 透力，在空气中只能行进几厘米远。
她做了8年家庭教师，筹了费用，于1891年 前往法国巴黎大学理学院物理系学习。
第五章 19-20世纪之交的实验新发现
经济的拮据使玛丽的大学生活异常艰苦，但 酷爱知识的她还是感到很快乐。她在自传中回忆 道：“在别人看来，我过的日子未免过于艰苦， 但我却自得其乐，每天都心情愉快地埋头于学习 之中。这段经历也让我充分地体会到自由与独立 精神弥足珍贵。”
贝克勒尔利用各种不同的荧光物质进行多次 试验，终于证明了铀盐具有预期效应。1896年2 月24日，他向法国科学院提交的报告指出：铀盐 可以在太阳光的作用下放出射线，这种射线能够 穿过黑纸，使底片感光。
第五章 19-20世纪之交的实验新发现
随后，一次偶然的机会，贝克勒尔发现铀盐即 使不受太阳光照射也能发出射线。
第五章 19-20世纪之交的实验新发现
世纪之交的物理学革命
自然科学刚跨入20世纪，物理学领域内首先掀起了革命的浪潮。
19世纪末，物理学实验上的一系列重大发现，冲击着经典物理学的连续观念、绝对时空观念和原子不可再分的观念，使原有的经典理论显得无能为力。
这一冲击，对当时的物理学家们的影响是很大的。
因为19世纪40年代以后，由伽利略和牛顿奠定基础的古典物理学理论，由于海王星和能量守恒原理的发现，法拉第、麦克斯韦电磁理论的辉煌成就以及分子运动论的建立，在科学的各个领域中所向披靡，包罗了大至日月星辰，小至原子、分子的物理世界，从而使当时不少物理学家认为物理理论已接近最后完成，今后只需在细节上作些补充和发展，在小数点第六位上做文章。
著名的德国物理学家基尔霍夫（1824—1887）说：“物理学将无所作为了，至少也只能在已知规律的公式的小数点后面加上几个数字罢了。
”世界著名物理学家开尔文（1824—1907）也认为：“在已经建成的科学大厦中，后辈物理学家只能做一些零碎的修补工作了。
”但是，他又敏锐地发现，在物理学晴朗的天空里，还有两朵小小的令人不安的乌云，这就是迈克耳逊-莫雷实验和黑体辐射实验。
它们的存在引起许多著名的物理学家的不安。
世纪之交的新挑战19世纪80年代以后，物理学的经典理论不断完善，与此同时，物理学实验上却陆续发现一些重大的结果。
至少有7个重大发现，不但旧理论无法解释，有的还导致观念上的更新。
第一个实验是1887年赫兹（1857—1894）在验证麦克斯韦（1831—1879）预言电磁波存在的实验过程中，发现了光电效应。
按照经典理论，从金属表面逸出电子的数目与光的强度有关，而与光的频率无关。
这一矛盾，赫兹无法解释，但他仍以“论紫外光对放电现象的效应”为题发表论文，描述了这一现象和结果，向物理学经典理论发起了挑战。
第二个实验是1887年的迈克耳逊-莫雷实验。
这一结果使持有光是“以太”中的波动这一观点的人大失所望，连迈克耳逊本人也不了解这一实验结果的重要意义。
19—20世纪之交物理学的新发现和物理学革命
19—20世纪之交物理学的新发现和物理学革命§5.1 历史概述19世纪末，物理学已经有了相当的发展，几个主要部门——力学、热力学和分子运动论、电磁学以及光学，都已经建立了完整的理论体系，在应用上也取得了巨大成果。
这时物理学家普遍认为，物理学已经发展到顶，伟大的发现不会再有了，以后的任务无非是在细节上作些补充和修正，使常数测得更精确而已。
然而，正在这个时候，从实验上陆续出现了一系列重大发现，打破了沉闷的空气，把人们的注意力引向更深入、更广阔的天地，从而揭开了现代物理学革命的序幕。
从伦琴发现X射线的1895年开始，到1905年爱因斯坦发表三篇著名论文为止，在这10年左右世纪之交的年代里，具有重大意义的实验发现如下页表。
这一系列的发现集中在世纪之交的年代里不是偶然的，是生产和技术发展的必然产物。
特别是电力工业的发展，电气照明开始广泛应用，促使科学家研究气体放电和真空技术，才有可能发现阴极射线，从而导致了X射线和电子的发现，而X射线一旦发现，立即取得了广泛应用，又掀起了人们研究物理学的热潮。
所以，随着X射线的发现而迅速展开的这一场物理学革命，有其深刻的社会背景和历史渊源。
本章将分三个方面介绍与物理学革命关系最密切的一些实验发现。
§5.2 X射线和电子的发现X射线、放射性和电子是世纪之交的三大发现。
由于电子的发现直接与阴极射线的研究有关，我们先讲这件事。
放射性的发现打开了核物理学的大门，因此留到第十一章再讲。
5.2.1 电子的发现阴极射线是低压气体放电过程出现的一种奇特现象。
早在1858年就由德国物理学家普吕克尔（JuliusPlücker，1801—1868）在观察放电管中的放电现象时发现。
当时他看到正对阴极的管壁发出绿色的荧光。
1876年，另一位德国物理学家哥尔茨坦（Eügen Goldstein，1850—1930）认为这是从阴极发出的某种射线，并命名为阴极射线。
物理学史19世纪与20世纪之交的三大发现
密立根
测定电荷量的密立根油滴实验得出： 电荷量总是元电荷的整数倍 （基本电荷e=1.6021892×10^-19库仑 ）
约瑟夫约翰汤拇逊jj汤姆逊早期科学家普遍认为阴极射线放出的是一种辐射的式而thomson从阴极射线实验发现会因电场而偏折所以推论他是一种带电荷的粒子而不是辐射并计算出其质量约为氢原子的11800倍
X射线的发现
伦琴 （全名威廉· 康拉德· 伦琴）（1845~1923） 德国实验物理学家
1869年从苏黎世大学获得哲学博士学位，并担任了物理学教授孔脱的助手。 1871年随孔脱到德国维尔茨堡大学 。 1895年伦琴在维尔茨堡大学发现了X射线。
1900年，多恩发现新惰性气体氡；克鲁克斯发现铀X。 1901年，德马凯发现鑀(后证实是同位素钍230)。 1902年，卢瑟福和索迪发现新放射性元素钍。
英国物理学家卢瑟福在1899年就发现，放射性物质放出 的射线不是单一的，而可以分出带正电荷的 α（氦核）射线和带负电荷的β（电子）射线， 前者穿透性较弱，后者穿透性较强。 后来又分出一种穿透性很强的不带电荷的γ（中子）射线。 如果让射线通过磁场或电场，那么这三种射线就分得一清二楚了： 偏转角度很大的是β射线；偏向另一方、偏转角度较小的是α射线； 不发生偏转的是γ射线。 1900年，多恩在镭制剂中发现惰性气体氡， 这是一件非同寻常的事。根据这一事实， 卢瑟福和索迪于1902年提出了一个大胆的假说。 他们认为，放射性现象是一种元素的原子自发地 转变为另一种元素的原子的结果，这个假说很快 就得到了证实。1903年，索迪等做了一个实验： 将氡焊封在细颈玻璃管内，然后用光谱法测量。 他们观测到管内的氡不断消失，而氦则逐渐增加。 原子衰变理论就这样建立起来了， 它动摇了多少世纪以来作为经典化学基石的 “原子不可分、化学元素不可变”的观念。
邮票中的科学史（测量与仪器）
在伽俐略取得成功后，光学仪器不断出现，⽽且精确度也越来越⾼，为进⾏⾁眼观察范围以外的科学研究创造了可能性，⼈类开始对宇宙及显微镜下的⽣物进⾏研究。
上⾯展⽰的是18、19世纪的测量仪器：波达反射盘、反射望远镜、双⽬显微镜和天分仪。
JeanCharlesdeBorda(1733-1799),法国数学家、航海天⽂学家，设计了包括波达反射盘在内的许多仪器。
他与Delambre和Mechain⼀起，于1790年利⽤这⼀仪器测量了法国敦克尔克与西班⽛巴塞罗那之间的弧长。
Borda最突出的贡献是他在⽔⼒学⽅⾯的研究，强有⼒地⽀持了公制的使⽤，并率先提出了“⽶”这⼀长度基本单位。
⼤不列颠皇家显微镜协会在1989年150周年志庆时发⾏了⼀套邮票，图案都是放⼤了5⾄600倍的物体的图像：雪花、苍蝇、⾎液细胞和微芯⽚。
公制起源于法国，由于⼗进制的⼴泛使⽤，公制也在世界性的科学与商业活动中被视为测量标准。
1875年在巴黎召开的重量与尺⼨⼤会上，包括美国在内的18个国家签署了“⽶条约”，确定了“⽶”的地位。
许多国家都发⾏了纪念“⽶条约”签署100周年的邮票，瑞典的邮票上只有简单的卷尺，法国的邮票上不仅有条约上的签名，还有被公制的单位包围着的氪86原⼦。
瑞⼠的邮票上是⼀根别具⼀格的⽩⾦棒和极有特⾊的氪放射线。
许多国家使⽤公制已经超过百年，巴西就1862年起使⽤，墨西哥于1857年，其他⼀些国家则使⽤了不久，如⽇本于1959年，韩国于1964年。
Charles-EdouardGuillaume(1861-1936)瑞⼠科学家，在国际重量与尺⼨局⼯作了逾50年，主要负责温度计的标度。
他发现名为不胀钢的⼀种镍钢合⾦可以不受温度的影响，这对仪器在精确度上的发展有重要意义。
他的这项发现及此发现的⼤量应⽤使他获得了1920年的诺贝尔物理学奖。
法国与芬兰联合发⾏了⼀套邮票纪念1736年法国同时前往南美的⾚道与拉普兰的极点进⾏探险，发现了地球的形状，即我们今天所知的圆形。
自然观的发展
爱因斯坦相对论的生动体现
• 同时性具有相对性。
• 运动着的钟会变慢。
• 运动的尺会变短。
• 以上都取决于参考系运动的速 度。光速。时曲的道路， 就像炮弹在引力场作用下沿抛物线下 落。而光是物体运动的极限，所以光 走的是最短程。弯曲的线是短曲线， 这说明引力场时空间弯曲，空间弯曲 的程度取决于引力场的强度，或者说 取决于物质的状态。————进一步 说明空间与物质发生了密切的联系。 引力红移。引力场时光线偏转。
• 这些放射性元素的新发现是否意味 着元素是可变的？能量还守恒吗？
• 电子的发现打破了原子是构成物质 的最小单位的观念。标志着人们对 物质结构的认识到了一个新的阶段。
• 这些新发现动摇了物质不灭性、能 量的守恒性、原子和元素不可分性 和不变性、是物质组成最小单位、 时间和空间的绝对性、运动的连续 性等等形而上学的观念。
• 同时，正当人们陶醉在物理学经典 体系“尽善尽美”的境界时，物理 学的晴朗天空中却出现了“两朵乌 云”，这就是当时经典物理学理论 无法解释的麦克尔逊—莫雷实验和 黑体辐射实验。物理学陷入空前的 危机。
• 麦克尔逊—莫雷实验：
按照麦克斯韦的理论，电磁波必须 依靠以太介质以有限速度来传递，但 寻找以太的实验未取得肯定结果。这 意味着在真空中传播的光速对以任何 速度运动的物体来说都是不变的。这 意味着不存在时空的绝对参考系。 （爱因斯坦突破了以太说和牛顿的绝 对时空观，在1905年提出了狭义相
第一节 19—20世纪之交的物理学革 命与系统自然观的产生
• 一、世纪之交的物理学发现、危机
19世纪末物理学三大发现
• X射线的发现：真空管阴极射线，伦琴 1895年11月8日，发现了新的射线。
它具有极强的穿透力。
方寸之间,读物理学史
无机化学领域2
— — 19 06 年 诺 贝 尔 奖 化 学 家 亨 利 莫 瓦 桑 极 限 片 亨利·莫瓦桑 （Henri Moissan， 1852年9月28日 －1907年2月20 日），法国无机 化学家，因首次 通过电解法制备 单质氟而获得 1906年诺贝尔化 学奖。莫瓦桑长 期从事无机化学 的研究，首次制 备了氟和硼的单 质；深入研究氟 化物和金属氢化 物的性质；开创 了人工制造金刚 石的方法；他还 设计了电炉，将 实验室化学反应 的温度成功地提 高到2000摄氏度。
有关组织、国家的邮品2
1977年3月2日英国邮政局发行的纪念英国化学成就的邮票四枚及其首日封。
尼古莱.Z（Nikolay Zelinsky, 1861.2.6-1953.7.21)，苏联化 学家，有机化学催化理论创始 人之一，活性炭面具的发明者。
Nikolay Nikolayevich Semyonov (Николай Николаевич Семёнов) 苏联 物理学家、化学家。1956年因其在化 学转化机理方面的工作被授予诺贝尔 化学奖。
弗里德里希·奥古斯特·凯库 勒·冯·斯特拉多尼茨 （Friedrich August Kekulé von Stradonitz，1829.9.71896.7.13），德国有机化 学家，广泛研究含碳化合物， 尤其是苯，并提出了苯的环 状结构。
尤斯图斯·冯·李比希男爵（Justus Freiherr von Liebig，1803.5.121873.4.18.）德国化学家，他最重要的 贡献在于农业和生物化学，他创立了 有机化学。被誉为历史上最伟大的化 学教育家之一。他发现了氮对于植物 营养的重要性，因此也被称为“肥料 工业之父”。
裂解汽油又称热解汽油。以轻烃、石脑油、柴 油甚至减压蜡油为原料，在水蒸气存在下高温 裂解制取乙烯的过程中，生成含碳五烃类以上 的液体副产品，经分馏出干点为205℃的液体称 为裂解汽油。由于此种汽油富含芳烃，经过加 氢精制后可作为高辛烷值汽油组分或用于萃取 苯、甲苯、乙苯、二甲苯等化工原料。
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第20卷第3期大 学 物 理V ol.20N o.3
2001年3月C O LLEGE PHY SICS Mar.2001
邮票上的
物理学史
连载
邮票上的物理学史 νξ ———19世纪与20世纪之交
秦克诚
(北京大学物理系,北京 100871)
19世纪末,物理学处于一种什么状态呢?当时的物理学主要有三方面内容:经典力学,电动力学,热力学和统计力学.这些都是关于宏观现象的物理学.对于微观现象,虽然化学家知道原子、分子的概念至少已有一个世纪,物理学家在气体动理论中也已很好地运用原子概念,但是对原子的组成和结构则还一无所知.不过,就人们熟悉的日常宏观现象而言,物理学已是一门很成熟的学科.这三门分支都建立了严密的数学形式体系,而海王星的发现、麦克斯韦预言的电磁波的证实,则表明了物理学的预言力量.当时许多人都认为,物理学已经很完善了.1876年,当18岁的普朗克面临职业选择时,他的老师v on Jolly 劝告说:“不值得去当一个物理学家.物理学已接近于完成了,我们已经知道它的基本定律.只
是在一些角落里还有一些模糊不清之处有待弄清楚.”1894年,美国著名物理学家迈克耳孙在为芝加哥大学的
一座新物理实验室落成而发表的演说中也宣称,基础物理学中作出新发现的年代可能已经过去了,“虽然不能绝对肯定在物理科学的未来发展中一定不会再现比以往更辉煌的奇迹,但似乎可以说,绝大部分基本原理都已牢靠地建立了,进一步的进展主要是探索这些原理对所有那些我们还没有注意到的现象的纯粹应用.……物理科学的未来真理要在第六位小数上去找.”意即仅仅在于已知结果精度的改进.
当时的物理学真是这样完美吗?理论和当时已知的实验之间就没有任何矛盾吗?不然.开尔文勋爵1900年4月27日在英国皇家学会所作的题为“19世纪热和光的动力理论上空的乌云”的讲演中,就提出了著名的“两朵乌云”.他认为在经典物理学的万里晴空上升起了两朵乌云.“第一朵乌云是随着光的波动理论而出现的.……它包含这样一个问题:地球如何通过本质上是以太这样的弹性固体运动?第二朵乌云是麦克斯韦-玻尔兹曼关于能量均分的学说.”
第一朵乌云涉及以太漂移速度的测定.以太是人们
假定的传播光和电磁波的媒质,它充满整个空间,不参与物质的任何运动.这样,它就成了物化的绝对空间.地球在以太中运动,或以太相对于地球漂移,应当可以测出它们的相对速度.一般用在地面测量不同方向上的光速的差值的方法来测以太的漂移速度.麦克斯韦曾指出,地面测光速的方法都是测量光在同一路径上往返的双程时间,以太漂移对这个时间的影响取决于漂移速度与光速之比的平方(二级效应),这个量很小,很难测出.迈克耳孙是当时在精密光学测量方面的著名专家,发明了以他的名字命名的干涉仪,其灵敏度达10-8,达到了麦克斯韦要求的量级.他第一次于1881年在德国,后来与化学家莫雷合作对实验精度大加改进,又于1887年在美国进行了这一实验.但是得到的都是零结果,即不同方向的光速相同,没有什么以太风.这与经典物理学的观念矛盾.迈克耳孙后来于1907年获诺贝尔物理奖(图
1,瑞典1967年,右为迈克耳孙;图2,格林纳达1995年),
获奖的原因是由于他发明的光学精密仪器以及用它们进行的精确计量和光谱学的研究,完全没有提到上述实验结果.这表明当时的科学界对这一实验并不很重视,这与后来把它当作光速不变的判决实验很不相同.
第二朵乌云是关于能量均分定理,即在温度为T 的平衡态下,每一自由度有相同的能量(1Π2)kT .把它用到比热理论,就可以推出,单原子固体的摩尔定容比热为恒量(杜隆-珀蒂定律).但是,到19世纪末,随着低温技术的发展,实验发现,固体比热普遍随着温度降低而
减小,温度极低时趋于零.理论与实验有了明显的矛盾.
把能量均分定理应用于热辐射同样也出问题.对热辐射的研究是19世纪发展起来的,得到热力学和光谱学的支持,发展很快.1879年,奥地利物理学家斯特藩(图
3,奥地利1985年,诞生150周年;图4,斯洛文尼亚1993
年,逝世100年)从实验总结出,黑体辐射总能量与温度的四次方成正比,后来得到玻尔兹曼从电磁理论和热力学出发给出的理论证明,称为斯特藩-玻尔兹曼定律.
能谱密度最大值所在的波长与温度成反比.1896年,假设辐射可以看作是服从麦克斯韦-玻尔兹曼分布的气体,他推出了辐射能密度的频率分布u∝ν3exp(-aνΠT),称为维恩分布定律.此后几年,这个公式被认为与实验符合得很好.由于维恩对热辐射研究的贡献,他被授予1911年诺贝尔物理奖(图5,瑞典1971年,左上为维恩;图6,乌干达1995年;图7,内维斯1995年).可是随着实验技术的进步,表明维恩公式在长波方向有系统偏差.1899年,英国物理学家瑞利爵士(本名John W.S trutt,图8,瑞典1964年,最右方为瑞利;又见本连载
µ∼图7)把黑体辐射看作一系列驻波的叠加,算出单位体积中频率为ν的驻波的可能方式的数目正比于ν2.再引用能量均分定理,每一驻波相当于一个独立的振动方式,平均能量为kT,就得到辐射能密度的频率分布u∝8πν2kTΠc3,这叫瑞利-金斯公式.这个公式在长波方向与实验符合得很好,但是在短波方向,由于可能的驻波频率并无上限,当ν→∞时u→∞,造成发散,称为紫外灾难.
应当说,开尔文的眼光是敏锐的,正是在这两朵乌云里,孕育着两个伟大的革命性物理理论———相对论和量子论.但是,开尔文希望这两朵乌云在经典物理学的框架内很快就会消散,则是过于乐观了.它们不但没有消散,而且掀起了一场暴风雨.
除了量子论和相对论的诞生之外,19世纪末在实验上也有很大的突破,即所谓三大发现:X射线、电子和放射性.这三大发现打开了微观世界的大门,使人类的经验从宏观领域扩展到微观领域,其结果是物理革命的全面展开.这一切都发生在从1895—1905年的10年间,这是物理学急风暴雨的10年.这10年间物理学的大事按时间顺序列举如下:
年代 人物 事件
1895 伦琴 发现X射线
1896 贝克勒耳 发现放射性
1896 塞曼和洛伦兹 发现并解释塞曼效应
1897 J.J.汤姆孙 发现电子
1898 卢瑟福 发现α、β射线
1898 居里夫妇 发现放射性元素钋和镭
1900 普朗克 提出能量子假说
1901 考夫曼 发现电子的质量随速度增加
1902 勒纳德 发现光电效应的基本规律
1903 卢瑟福和索迪 发现放射性元素的蜕变规律
1905 爱因斯坦 创立狭义相对论、布朗运动
理论和光电效应理论下面我们将讲述这些事件和它们在邮票上的记录,格按照时间顺序.
在19世纪与20世纪之交,最伟大的理论物理学家无疑是荷兰的洛伦兹,还有法国的庞加莱.他们都是承前启后的学者.一方面,用自己的工作把经典物理学提高到新的高度;另一方面,又对新领域特别是相对论做了先行的工作.
洛伦兹(图9,荷兰1928年)在物理学上的主要贡献是把麦克斯韦电磁理论与物质的分子理论结合起来,创立了电子论,以说明宏观媒质的电磁和光学效应.他认为,宏观媒质内的以太与真空中的以太并无不同,也是绝对静止的;宏观媒质的特点是其分子都含有电子,阴极射线的粒子就是电子,电子是有质量的小刚球,并提出了电子受力的洛伦兹力公式.他成功地导出了运动媒质中光的传播速度.
为了说明迈克耳孙-莫雷实验的结果,他于1892年(与爱尔兰物理学家斐兹杰惹独立地)提出了长度收缩的假说,认为相对于以太运动的物体,在运动方向上的长度缩短.他认为这种长度收缩效应是真实的现象,是分子力引起的.但是,这种收缩并没有得到其它实验的证实.例如,如果物体在运动方向缩短,必然会使密度在这个方向上增大,因而不各向同性,透明体在运动中应显示双折射现象,但是瑞利做实验并未观察到这种现象.庞加莱一直密切地注视着洛伦兹的理论,对它提出种种批评和改进.实验的否定,加上庞加莱的批评,使洛伦兹对自己的理论做了几次修改.最终,洛伦兹于1904年提出了两个惯性系之间x和t的变换公式.庞加莱把它命名为洛伦兹变换.洛伦兹还导出了质量随速度变化的公式,及光速是物体在以太中运动速度的上限.庞加莱证明了一切洛伦兹变换构成一个群,并且表述了相对性原理和光速恒定原理.
洛伦兹为人热诚、谦虚,受到青年一代理论物理学家的祟敬.爱因斯坦曾在一篇纪念洛伦兹的文章中说过,他一生中受洛伦兹的影响最大.洛伦兹提倡国际科学界合作,反对狭隘的民族主义.主张和平,反对战争.在同一文中爱因斯坦还引述了洛伦兹给他印象特别深的两句话:“我幸而属于这样一个国家,它太小了.干不出什么大蠢事来.”还有,在第一次世界大战期间,有人在谈话中想使他相信,在人类范围内,命运取决于武力和强权,对此他回答:“可以设想,你是正确的.但是我不愿意生活在这样的世界里.”
庞加莱(图10,法国1952年)按其职业训练是个数学家,在数学的许多分支中都作出了开创性的贡献.但他同时又密切注意理论物理学问题.除了上述在相对论方
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面的先驱工作外,他还是20世纪第三个革命性物理理论———混沌理论的创始者.他在研究天体力学中的三体问题时预感到混沌现象的存在,认识到三体引力相互作用就能产生惊人的复杂行为,确定性动力学方程的某些解有不可预告性.他为现代的混沌研究贡献了一系列重要概念,如动力系统、奇异点、分岔、同宿轨道、异宿轨道等,还提供了许多卓有成效的研究方法和工具,如小参
数展开、摄动方法、庞加莱截面等.现在的稳定性理论
、奇异性理论和吸引子理论都源于庞加莱的早期研究.庞加莱还对自然科学的哲学很感兴趣,在20世纪初经典物理学发生危机时,先后出版了《科学与假设》、《科学的价值》、《科学与方法》三本书,指出危机孕育着变革,这正是物理学将要进入一个新阶段的先兆.他肯定经典物理学的价值,尖锐批判了“科学破产”的错误论调.因此,庞加莱不仅是一个伟大的数学家,一个伟大的物理学家,
还是一个伟大的哲学家.。