三 牛顿物理学的局限

虽然牛顿力学取得了成功，但是物理世界的复杂现实让牛顿物理学显露出了它的局限。围绕太阳周围的行星轨迹计算比较容易，那是因为两个物体之间有引力，可以用标准方法解决。但是两个以上三个、四个物体之间的引力计算就比较复杂，尤其是在四个以上复杂作用力的情况下求得正确的答案是极其困难的，不得不用近似值，终究要依靠实验值。

科学家们逐渐认识到有完全超出牛顿理论范围的研究对象。例如，比太阳更大的物体，比原子更小的微粒，比声音更快的高速物体等，科学家们开始困惑了。

到了19世纪，人们对物质的热性质了解不完全。在牛顿模型成功的天文学里也出现了一些错误，如水星的观测值与计算值有差异，当时认为这是因为水星受金星的影响。

另外，虽然牛顿物理学经过了两个世纪，但完全不使用牛顿模型的领域也存在，如光学领域。牛顿在《光学》一书里说明了光的一些性质，但他未能用自己的力学与运动原理推导出光的公式，光的性质在牛顿那里只不过是推测而已。

光是什么？光有没有质量、惯性、重量等通常物体一样的性质？牛顿认为光是由微粒组成，因此适用于行星的力和运动定律应该适用于光。虽然建立定量的理论，但无法实验。1800年，英国物理学家托马斯·杨实验发现，光并不显示出粒子流的性质。

杨通过各种实验发现，光具有水波、音波一样的性质，并且光具有干涉现象。这是牛顿粒子模型无法解决的。牛顿的力学模型虽然能解释粒子的单纯运动，但对水波或音波等由非常多的粒子相互作用的集合体现象，是无法解决的。

1873年，英国数学家、物理学家麦克斯韦建立电磁现象所遵循的四个方程组，成功地解释了电磁现象，并指出光也是一种电磁波。这样大多数科学家们认为麦克斯韦方程组与牛顿力学方程相结合可以解释几乎所有的物理现象。

但是到了19世纪末和20世纪初，物理学里出现了牛顿—麦克斯韦理论无法解释的新的危机。这就等待新的科学家出来进行第二次科学革命。