物理学中的两片乌云，源于英国著名物理学家威廉·汤姆森（开尔文男爵）1900年4月27日在伦敦皇家学会发表的题为《笼罩在热学和光动力学理论之上的19世纪乌云》的演讲。
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他在回顾物理学的伟大成就时说，物理学大厦已经落成，只剩下一些收尾工作。同时，在展望20世纪物理学的前景时，他若有所思地说：“动力学理论证实了热和光是两种运动方式，现在，它美丽而晴朗的天空被两片乌云遮蔽了”，“第一片乌云出现在光的波动理论中”，“第二片乌云出现在麦克斯韦—玻尔兹曼能量均分理论中”。
1900年4月，威廉·汤姆逊发表了一篇题为《19世纪热和光的动力学理论之上的乌云》的文章。他提到的第一朵乌云主要是指迈克尔逊-莫雷实验结果与以太漂移理论之间的矛盾；他提到的第二朵乌云主要是指热力学中的能量均分定律在对气体比热和热辐射能谱的理论解释上给出了与实验不同的结果，其中最突出的是黑体辐射理论中出现的“紫外灾变”。开尔文是19世纪英国杰出的理论物理学家和实验物理学家，是物理学界颇具影响力的权威。他的言论揭示了19世纪后期物理学发展的基本情况，反映了当时物理学界的主流思潮。
目录
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简单的介绍
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到了19世纪末，物理学已经达到了相当完善和成熟的水平，一切物理现象似乎都能从相应的理论中得到满意的答案。例如一切机械现象都可以从原则上用经典力学来解释，牛顿力学和分析力学成为解决力学问题的有效工具。对于电磁现象的分析，形成了麦克斯韦电磁场理论，它是电磁场的统一理论，这个理论也可以用来解释波动光学的基本问题。对于热现象，还有现象热力学和统计力学的理论，它们几乎可以对物质热运动的宏观规律和分子热运动的微观统计规律作出合理的解释。总之，以经典力学、经典电磁场理论和经典统计力学为三大支柱的经典物理学大厦已经建成，并且根基牢固而宏伟！ 在此情况下，难怪物理学家们会陶醉其中，觉得物理学已经大功告成了，并因此断言，以后很难再做出成就。这种想法不仅在当时的物理学界盛行，而且由来已久。
普朗克曾在1924年发表过一次演讲，在演讲中他回忆起1875年他在慕尼黑大学学习物理时，他的物理老师P.约利（1809—1884）曾劝他不要学纯理论，因为物理学“是一门高度发达、近乎完美的科学”，而现在这门科学“似乎已经非常接近于采取最稳定的形式，也许某个角落里还有一粒灰尘或一个小气泡，可以研究和分类，但作为一个完整的体系，它已经建立得足够牢固了。而且理论物理学显然正在接近几何学几百年来所达到的完美程度。”普朗克的另一位著名老师、柏林大学的G.基尔霍夫（1824—1887）也说过类似的话，他说：“物理学什么也没做，将来只不过是在已知定律的小数点后再加几个数字而已。” 虽然开尔文对物理学成就的评价有些夸张，但他能在这片晴朗的天空中发现“两片乌云”并为此担忧，说明他目光远大。物理学发展史表明，正是这两片小乌云，最终引发了一场大风暴。
作品
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第一片乌云
迈克尔逊-莫雷实验与“以太”理论的破灭
人们知道，水波传播需要水作为介质，声波传播需要空气作为介质，没有介质就无法传播。太阳光通过真空传播到地球，亿万光年外星系的光也通过宇宙传播到地球。光波为什么能在真空中传播？它的传播介质是什么？物理学家找到了光的传播介质——“以太”。
最早提出“以太”概念的人是古希腊哲学家亚里士多德。亚里士多德认为下层世界由火、水、土、气四种元素构成；上层世界则增加了第五种元素“以太”。牛顿发现万有引力后，遇到了一个难题：在宇宙真空中，引力用什么介质来传播呢？为了找到彻底的解决办法，牛顿复活了亚里士多德的“以太”理论，认为“以太”是宇宙真空中引力传播的介质。后来，物理学家们又发展了“以太”理论，认为“以太”也是光波传播的介质。光和引力一样，都是靠“以太”来传播的。他们还假设整个宇宙都充满了“以太”，这是一种由非常小的弹性小球组成的稀薄的、难以察觉的介质。 19世纪1931英国物理学家，麦克斯韦的电磁理论也把光和电磁波的传播介质描述为无重量、绝对可透的“以太”。 “以太”既具有电磁性质，是电磁效应的载体，又具有力学性质，是一个绝对静止的参考系，一切运动都是相对于它而言的。这样，电磁理论就与牛顿力学相协调。 “以太”是光、电、磁的共同载体这一概念被人们普遍接受，形成了“以太学”。
然而一旦确认了“以太”的存在，新的问题就出现了：地球以每秒30公里的速度绕太阳转，必然会遇到一道以每秒30公里的速度向它吹来的“以太风”，同时，这道风还要对光的传播产生影响。这个问题的出现，引发了人们对“以太风”是否存在的探索。
为了观察“以太风”是否存在，1887年迈克尔逊（1852—1931）与美国化学家、物理学家莫雷（1838—1923）在美国克利夫兰合作，进行了一次著名的实验：“迈克尔逊—莫雷实验”1931英国物理学家，又称“以太漂移”实验。实验结果证明，无论地球运动方向与光的方向一致还是相反，测得的光速都是相同的，地球与假定的“以太”之间不存在相对运动。因此，不可能找到“以太”或“绝对静止的空间”。由于这个实验在理论上简单易懂，方法准确可靠，实验结果否定“以太”的存在是毋庸置疑的。
迈克尔逊—莫雷实验让科学家陷入了两难境地，他们不得不放弃解释了很多电磁和光现象的以太理论，如果不敢放弃以太，那就不得不放弃比“以太理论”更古老的哥白尼日心说，面对这个著名的实验，古典物理学实在是束手无策。
第二片乌云
黑体辐射和“紫外线灾难”
同一温度下，不同物体发光亮度和颜色（波长）不同，颜色深的物体吸收辐射的能力更强，如煤炭对电磁波的吸收率可达80%左右。所谓“黑体”，是指能完全吸收外界辐射而不发生任何反射和透射的理想物体，吸收率为100%。真正的黑体并不存在物理资源网，但表面开有小孔的空腔可看作近似的黑体。这是因为通过小孔进入空腔的辐射在空腔内经过多次反射、吸收后，不会再穿过小孔。
19世纪末，鲁默尔（1860-1925）等人做了一个著名实验——黑体辐射实验，发现黑体辐射的能量不是连续的，其按波长的分布只与黑体的温度有关。从古典物理学的角度来看，这个实验的结果是不可思议的。
如何解释黑体辐射实验的结果？当时人们都是从经典物理学的角度去寻找实验的规律，前提和出发点都是错误的，最终导致失败。比如德国物理学家维恩建立了黑体辐射能量按波长分布的公式，但这个公式只在波长比较短、温度比较低的情况下才符合实验事实。英国物理学家瑞利和物理学家、天文学家金斯认为能量是一个连续变化的物理量，建立了在波长比较长、温度比较高的情况下更符合实验事实的黑体辐射公式。但根据瑞利-金斯公式，在短波区（紫外区），随着波长变短，辐射强度可以无限增大，这与实验数据相差甚远，根本就是不可能的。因此，这次失败被艾伦费斯特称为“紫外灾难”。 它的失败无疑表明了经典物理理论在黑体辐射问题上的失败，因此对于整个经典物理学来说也是一场“灾难”。
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