1.4 量子概念的建立

量子物理世界的大门是在黑体辐射问题研究中打开的，德国的普朗克在1900年12月发表了论文“正常光谱辐射能的分布理论”，给出了一个猜测性质的黑体辐射定律和它的理论根据：能量在辐射过程中不是连续的，而是一股股的“再不可分”的涓流被释放或吸收。
普朗克的量子理论是牛顿以后自然哲学所经受的最巨大、最深刻的变革，能量的量子思想奠定了现代微观物理的基础。
爱因斯坦在1905年提出电磁场能的能量量子化，把光子引入物理学，创立了固体热容量的量子理论，解释了光电效应。爱因斯坦的量子化观点比普朗克更进了一步：辐射能量在传播过程中也是分立的。伟大的丹麦物理学家玻尔以普朗克的量子理论和爱因斯坦的光子概念为基础，提出原子能级及电子在能级间跃迁的假设。1913年弗兰克－赫兹实验利用电子来撞击原子，直观地证实了能级的存在。
1924年德布罗意提出波粒二象性假设，电子衍射实验证实了他的假定。薛定谔进一步推广了德布罗意的概念，于1926年提出了波动力学，后与海森堡、玻恩的矩阵力学统一为量子力学。
从而，以量子概念为基础的量子力学在微观领域代替了经典的牛顿力学。

1.5 狭义相对论的建立

本世纪初，物理学中除了普朗克的量子假设之外的另一项伟大成就就是爱因斯坦的相对论。相对论在物理学界引起的世界观变革按其深刻性和后果来说，只有哥白尼创造的宇宙说所引起的改革才能与之相比。
爱因斯坦在1905年的德文科学杂志《物理年鉴》在发表了论文《论动体的电动力学》，这篇论文已相当全面地论述了狭义相对论。狭义相对论不是凭空出现的，而是在解决运动物体的电动力学问题过程中形成的。
从十九世纪中叶开始，物理学家想证实电磁波的传播介质——以太的存在。到十九世纪末，被认为最能自圆其说和最像真理的是静止的以太模型，这种以太充满所有空间，不参与物体的运动。静止的以太似乎可以充当绝对静止参照系，当年牛顿似乎就是相对于这种参照系研究物体“真正”的运动的。
在理论上，利用迈克尔逊和莫雷实验，可以算出地球相对于“以太”的“绝对”速度，但事实上却得到否定的结果：在任何过程中地球相对于“以太”总是静止不动的。因此，否定了绝对静止参照系的存在。
运动物体的电动力学问题还有另一方面。我们知道牛顿力学方程经过伽利略变换后其形式保持不变，即牛顿力学方程相对于经典力学的变换形式来说是协变的。而麦克斯韦电磁场方程相对于经典力学的变换形式来说是非协变的，因此经典力学和电磁理论之间存在着一条鸿沟。
爱因斯坦根据实验事实概括出两个假设：相对性原理和光速不变原理。抛弃了以太的假设，得到了使牛顿力学和麦克斯韦电磁场方程都保持协变的洛仑兹变换，从而建立了狭义相对论。相对论主要是关于时空的理论，牛顿力学是相对论力学的低速极限。

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