三 牛頓物理學(xué)的局限

雖然牛頓力學(xué)取得了成功，但是物理世界的復(fù)雜現(xiàn)實(shí)讓牛頓物理學(xué)顯露出了它的局限。圍繞太陽周圍的行星軌跡計算比較容易，那是因?yàn)閮蓚€物體之間有引力，可以用標(biāo)準(zhǔn)方法解決。但是兩個以上三個、四個物體之間的引力計算就比較復(fù)雜，尤其是在四個以上復(fù)雜作用力的情況下求得正確的答案是極其困難的，不得不用近似值，終究要依靠實(shí)驗(yàn)值。

科學(xué)家們逐漸認(rèn)識到有完全超出牛頓理論范圍的研究對象。例如，比太陽更大的物體，比原子更小的微粒，比聲音更快的高速物體等，科學(xué)家們開始困惑了。

到了19世紀(jì)，人們對物質(zhì)的熱性質(zhì)了解不完全。在牛頓模型成功的天文學(xué)里也出現(xiàn)了一些錯誤，如水星的觀測值與計算值有差異，當(dāng)時認(rèn)為這是因?yàn)樗鞘芙鹦堑挠绊憽?/p>

另外，雖然牛頓物理學(xué)經(jīng)過了兩個世紀(jì)，但完全不使用牛頓模型的領(lǐng)域也存在，如光學(xué)領(lǐng)域。牛頓在《光學(xué)》一書里說明了光的一些性質(zhì)，但他未能用自己的力學(xué)與運(yùn)動原理推導(dǎo)出光的公式，光的性質(zhì)在牛頓那里只不過是推測而已。

光是什么？光有沒有質(zhì)量、慣性、重量等通常物體一樣的性質(zhì)？牛頓認(rèn)為光是由微粒組成，因此適用于行星的力和運(yùn)動定律應(yīng)該適用于光。雖然建立定量的理論，但無法實(shí)驗(yàn)。1800年，英國物理學(xué)家托馬斯·楊實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，光并不顯示出粒子流的性質(zhì)。

楊通過各種實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，光具有水波、音波一樣的性質(zhì)，并且光具有干涉現(xiàn)象。這是牛頓粒子模型無法解決的。牛頓的力學(xué)模型雖然能解釋粒子的單純運(yùn)動，但對水波或音波等由非常多的粒子相互作用的集合體現(xiàn)象，是無法解決的。

1873年，英國數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家麥克斯韋建立電磁現(xiàn)象所遵循的四個方程組，成功地解釋了電磁現(xiàn)象，并指出光也是一種電磁波。這樣大多數(shù)科學(xué)家們認(rèn)為麥克斯韋方程組與牛頓力學(xué)方程相結(jié)合可以解釋幾乎所有的物理現(xiàn)象。

但是到了19世紀(jì)末和20世紀(jì)初，物理學(xué)里出現(xiàn)了牛頓—麥克斯韋理論無法解釋的新的危機(jī)。這就等待新的科學(xué)家出來進(jìn)行第二次科學(xué)革命。