大家知道,被加热的物体开始时会发出红光,随着温度上升,光的颜色逐渐由红变黄又向蓝白色过渡,这种以电磁波的形式向外传递能量的现象就叫热辐射。由于光的颜色随温度变化而有规律地变化,所以有经验的炼钢工人能凭钢水的颜色就可判断其温度。任何物体,不论温度高低,都要以电磁波的形式向外辐射能量。为了从理论上总结热辐射规律,19世纪物理学家导出了热辐射物体的能量按发光波长分布的两个公式:维恩公式和瑞利一金斯公式。然而,这两个公式算出的结果,不是在长波方面就是在短波方面与实验结果不符,物理学家为此伤透了脑筋。
经典物理学遇到的另一个困难,是如何解释迈克尔孙一莫雷实验的结果。按照经典物理学的观点,任何一种波动的传播都需要有一种媒介物,比如声波主要依靠空气传播,月球上没有空气,人们讲话就听不见。为了解释光的传播,物理学家不得不假设,在宇宙空间到处存在一种静止的传光媒质——以太。由于地球在以太的“海洋”中绕太阳公转,因而在地球表面理应存在以每秒30公里运动的以太流。迈克尔孙一莫雷实验就是为了证实以太的存在,但实验结果却令人大失所望,这使物理学家陷入左右为难的境地:要么放弃“以太说”,要么否定比这更重要的哥白尼的“地动说”。
上述两个难题形成了本世纪初物理学晴朗天空中的“两朵乌云”。出乎人们意料的是,这两朵乌云给物理学界带来了革命风暴,使物理学家发现了“新大陆”——“量子论”和“相对论”,将人类对物质世界的认识向前推进了一大步。