2.3 经典物理学遇到的困难
19世纪末与20世纪初，经典物理学一方面被认为已经发展到了相当完善的地步，但是另一方面也遇到了一些严重的困难。这些困难在各类量子力学书籍中都有比较详细的叙述。所以，我们仅在此给出比较简要的讨论。
经典物理学遇到的主要困难包括如下几方面。
（1）黑体辐射问题（即上面提到的第二朵“乌云”）。19世纪末，人们已经认识到热辐射和光辐射一样都是电磁波，但是在黑体辐射的能量随辐射频率的分布问题上，还没有办法给出一个完整的公式。普朗克首先给出（猜出）了一个完美的黑体辐射公式，随即便革命性地引入了“量子”的概念。可以看到，黑体辐射问题与量子论的诞生密不可分，是最重要的一个经典物理学遗留下的问题。在3.1节中，我们还将相当详细地谈到这个问题。
虽然经典物理学已经相当完备，但是还有一些诸如黑体辐射、光电效应、原子光谱、固体比热和原子的稳定性等问题存在。这些问题最终导致经典物理学的“崩溃”。
（2）光电效应问题。赫兹在1888年就发现了光电效应，但他没有给出任何解释（赫兹英年早逝）。1896年，J J汤姆孙（Joseph John Thomson，曾译为汤姆逊）通过气体放电和阴极射线的研究发现了电子。之后，人们认识到光电效应是由于紫外线的照射，大量电子从金属表面逸出的现象。通过基于麦克斯韦方程组的光子理论，即经典的电磁波理论，人们无法解释光电效应的实验事实。成功地解释光电效应是爱因斯坦的贡献，我们将在3.2节中给出比较详细的描述。
（3）原子的线状光谱。最原始的光谱分析始于17世纪的牛顿时代，19世纪中叶之后才得到迅速的发展。人们已经使用不同元素特有的标志谱线来做微量元素的成分分析。但是，原子光谱为什么不是连续的，而是呈现分立的线状光谱？这些线状光谱产生的机制是什么？……这些问题要等到玻尔的量子论原子模型提出之后，才能得到解释。
（4）固体比热容的问题。按照经典统计力学，固体的定容比热容应该是一个常数，即所谓的杜隆—珀蒂定律（1819年）。但是后来的实验发现，在极低温下固体的比热容趋于零（实际上，多原子分子的比热容也存在类似的问题）。这种实验和理论不相符的现象是个严重的问题，它明确预示着理论的出发点可能存在问题。解决固体比热容问题的第一功臣也要归于爱因斯坦。
（5）原子的稳定性问题。1904年，J J汤姆孙提出了一个所谓的“葡萄干布丁”原子模型：即正电荷均匀地分布在原子中，而电子则作某种有规律的排列（像葡萄干一样嵌在布丁中，如图2.3所示）。1911年，卢瑟福用α粒子去打击原子，发现原子中的正电荷集中在一个很小的区域中而形成“原子核”，电子则围绕着原子核运动。但是，卢瑟福的原子模型在经典物理学看来存在“稳定性”的问题，即电子在核外作加速运动将不断辐射而丧失能量，最终会“掉到”原子核里去。原子稳定性问题的解决当然需要量子力学，我们会在3.3节中继续讨论原子的稳定性问题。
图2.3 葡萄干布丁原子模型
除了以上这些经典物理学所遇到的主要困难之外，在19世纪的最后几年实际上还连续发生了其他一些事情，它们对经典物理学也是一种不祥之兆（也可以说是新的革命性的力量）。例如：
19世纪末还发现了X射线、放射现象以及元素的嬗变现象等，并开始阴极射线的研究。这些都将有助于推倒经典物理学的大厦。
（1）1895年，伦琴发现了X射线；
（2）1896年，贝可勒尔（Antoine Herni Bacquerel，曾译为贝克勒尔）发现了铀元素的放射现象；
（3）1897年，居里夫人和她的丈夫研究了放射性，发现了更多的放射性元素，如镭、钍、钋；
（4）1897年，J J汤姆孙在研究了阴极射线后认为它是一种带负电的粒子流，从而发现了电子；
（5）卢瑟福发现了元素的嬗变现象。