记者：你可以想象一下，何院士今天的讲话是在全国1000万中小学教师面前进行的。 这就是网课的魅力。 我们要讲的是21世纪物理学的前沿，而20世纪刚刚过去，所以实际上物理学正在延续20世纪的精彩。 当谈论20世纪的物理学时，我们自然会想到当时发生的重大事件是如何驱散物理学天空中的两片乌云的。 让我们从这里开始。
何祚庥：19世纪末，有一位物理学家，名叫开尔文。 他当时有一句名言，那就是“19世纪的物理学已经解决了所有问题。看似晴朗的天空，但在晴朗的天空中却有两朵乌云。” 这两朵乌云指的是什么？ 一是指当时对以太是否存在以及光速是否与以太有关的质疑； 另一种是黑体辐射，其光谱形状尚未得到很好的解释。 这两个理论问题还没有得到很好的解决，所以晴朗的天空中仍然存在着两朵乌云。
这是19世纪一位物理学家所说的。 没想到，这成为了20世纪物理学发展的前奏。 第一片乌云的消散导致了狭义相对论的诞生，也导致了另一片乌云的澄清。 导致了量子力学的诞生。 一旦这两朵乌云散去，物理学就迅速发展。 我可以简单描述一下狭义相对论的特点。 狭义相对论是在光速测量的基础上提出的。 当时有很多实验，有的证明以太是静止的，有的证明以太随着物质的运动而运动有哪些物理学家，还有的证明以太随着物质的运动而部分运动。 所以这个以太就成了一个“谜”。 爱因斯坦从一个科学实验事实出发，深入分析了这个问题。 实验称，光速与发光材料的运动状态无关。 也就是说，无论光从哪里发出，光源的速度是多少有哪些物理学家，观察者，包括移动的观察者看到的总是光速，约为每秒30万公里。 基于这样一个奇怪的事情，再加上空间是均匀各向同性的假设，爱因斯坦提出了狭义相对论，这是人们对事件空间概念的改变。 人们在狭义相对论中发现牛顿力学需要修改。 牛顿力学中的力等于动量相对于时间的微分，其中动量是质量乘以速度，相对论修正了这种动量。 其结果是，物体在低速运动时仍然遵守牛顿力学定律，但当速度很大，接近光速时，运动定律就发生了很大的修改。 与此同时，爱因斯坦的相对论还做出了一些非常特殊的发现，比如时钟变慢、尺子缩小等。
20世纪的另一个重大发现是量子力学。 量子力学的发现是由于黑体辐射问题难以获得统一的解决方案而引起的。 在这件事上，当时有一位伟大的物理学家，名叫普朗克。 他于1900年12月14日发表了一篇非常重要的文章来解释黑体辐射。 普朗克提出了一个假设，即光能的传播并不是连续的释放和吸收，而是以一个光量子的形式出现。 这种光量子形式是普朗克常数乘以光的频率。 这个假说很好地解释了黑体辐射问题。 这是物理学中首次引入光能不连续吸收和释放的概念。 爱因斯坦用普朗克的假设进一步解释了光电效应。 爱因斯坦进一步提出，光子除了能量之外，还具有动量。 该动量是普朗克常数 h 乘以振动频率除以光速 c。 光子不再简单地被视为电磁波的振动，也被视为粒子。 这个粒子既有能量又有动量。 后来，康普顿先生和吴又训先生通过实验证明，这样的光子撞击电子后，光子运动的频率和方向都会发生变化，这种变化的后果就像光子变成了一个带有小球的小球。一定的势头。 光子撞击静止的电子，然后被弹性散射到另一个方向。 这种变化完全符合牛顿力学中的弹性碰撞定律。 这让人们清楚地看到光子既是波又是粒子。 ，这就是波粒二象性。 此外，法国人德布罗意提出，波粒二象性不仅是光子具有的，任何粒子都具有。 也就是说，光子看似是波，其实是粒子； 而电子、中子、质子，甚至分子、原子，也就是俗称的粒子，看似粒子物理资源网，其实也具有波动性。 因此，他描述了光子的波粒二象性。 波粒二象性扩展到粒子。 这就是德布罗意波假说。 此外，薛定谔和海森堡将德布罗意的概念推广到量子力学中。 量子力学问世后，引起了人们对微观世界认识的伟大革命。
我认为这两件事是20世纪物理学的重大发现。
记者：20世纪的三大发现中，这两个都属于物理学。
何祚庥：是的。 我可以这样评价物理学的伟大发现。 历史上物理学有三项伟大的发现。 第一次是牛顿力学。 牛顿力学发现的物理定律以及当时与牛顿力学相关的科学都是低速运动的宏观规律。 因为牛顿力学讨论的是地球、太阳、月亮等天体的运动，即讨论的物体运动速度慢，而且物体是宏观的。
记者：那么牛顿力学勾画出了经典物理学的图景。
何祚庥：是的。 后来，人们研究了电磁相互作用的规律。 电磁相互作用定律的一个重要特征是它以光速运动。 电磁波的运动可以说是一种宏观的、高速的运动。 说到爱因斯坦相对论，宏观低速运动和高速运动是有机联系在一起的。 其中，描述光高速运动的麦克斯韦方程组自然满足狭义相对论。 这是物理学的第二个突破。 爱因斯坦，包括他的前辈麦克斯韦，发现了宏观高速运动的定律。 第三个突破是量子力学。 量子力学回答了微观粒子的运动定律，而薛定谔和海森堡的量子力学则涉及微观低速作用的定律。 这三项突破都引起了生产技术的重大变革。 牛顿力学为机械工程等方面奠定了基础。 麦克斯韦方程组和狭义相对论是我们现代电气化的支撑。 至于量子力学的出现，第三个重大突破，涉及到化学运动定律、半导体定律、原子核运动定律。 我们现在面临的原子能时代、计算机时代技术都是量子力学的贡献。 物理学的每一个划时代的发现都带来了划时代的技术进步。
20世纪物理学最重要的成就就是我上面提到的。