light01 white01 基尔霍夫 太阳内部温度很高(炽热的固体或液体发出连续光谱)，它发出连续光谱，但太阳外围的温度较低，在这其中有什么元素，就会把连续光谱中的相应谱线吸收掉，产生吸收线。

在这之后，化学家本生忙于搜罗各种东西来作光谱分析，以发现更多的新元素。而物理学家基尔霍夫却在为40多年前夫琅和费的观测事实所困扰：太阳光谱里夫琅和费线的本质是什么？为什么钠具有两条黄色明线光谱，而太阳中恰恰在这个对应位置上有两条暗线？他让太阳光直接穿过本生灯的火焰，并在本生灯上燃烧着钠，结果钠蒸汽的两条黄线并没有弥补太阳光谱中那两条对应的D线，却反而使D线更黑了。基尔霍夫又用温度很高的氢氧焰来点燃石灰棒，他知道这将产生纯粹的连续光谱，接着他还在燃烧的石灰棒与分光镜之间燃起了钠盐，这时分光镜中并没有出现钠蒸汽的明线光谱，反而出现两条暗线，其位置和太阳光谱中的的D线位置完全一致。经过一番思考以后，他终于领悟了夫琅和费线的奥妙。他想到，太阳内部温度很高，它发出连续光谱，但太阳外围的温度较低，在这其中有什么元素，就会把连续光谱中的相应谱线吸收掉，产生吸收线。于是，1859年，基尔霍夫提出了两条定律：（1）每一种元素都有它自己的光谱；（2）每一种元素都可以吸收它能够发射的谱线。这两条定律称为基尔霍夫定律。基尔霍夫还进一步指出，炽热的固体或液体发出连续光谱

炽热的固体或液体发出连续光谱，而气体则发出明线光谱（后来人们发现高压气体也发出连续光谱）。运用这些发现，基尔霍夫和本生将夫琅和费线和一些元素的光谱线进行对照，很快证明了太阳上有氢、钠、铁、钙、镍等元素，后来别的人又在太阳大气中发现了许多其他的元素。

尽管牛顿讲了像声波那样振动或像水波那样起伏的“以太波”，他心里想的却是光由粒子组成，并且反问：“难道光线不是发光物体发出的微小颗粒吗？”胡克和惠更斯提出了光的波动理论，解释了反射和折射（光通过棱镜时发生偏转）。一个世纪过后，在19世纪初年，物理学家、科学家和埃及象形文字权威托马斯•杨（Thomas Young）说明了波动理论如何解释干涉（相同波长的波叠加增强或削弱）和衍射（不同波长的波通过缝隙发生偏转）。19世纪中叶的几十年里，杰出的实验物理学家法拉第（Michael Faraday，1791-1867年）和杰出的理论物理学家麦克斯韦（James Clerk Maxwell, 1831-1879年）探索并统一了电、磁和光的性质，创立了现代电磁理论。

尽管吉尔伯特的电与磁是两种不同现象的观点一直延续到19世纪，但人们很早就发现了两者之间存有某种联系

电动力同两个电流元的乘积成正比，同距离的平方成反比。麦克斯韦称他为“电学中的牛顿”。

在1821年以前，法拉第完全拥护安培的学说。可是，当他在1831年10月27日成功地完成电磁感应实验以后，就断然冲破樊篱，另辟蹊径，并在1837年提出了场的概念。他反对传统的超距说，认为在电与磁的周围有一种“场”存在，电磁的作用通过电场或磁场使周围介质极化而进行的，因而传播的速度是有限的。他还用“力线”来代替牛顿的“力”。为了定量地表述电磁感应定律，他用磁力线表示磁力状态，磁力线可以充满整个空间，它的任意一点的切线方向都和磁力在这一点上的方向一致。南斯拉夫的波斯科维奇于1758年提出原子是力的中心或源泉，实际上是用“原子-力”的模式取代原子论的“原子-虚空”模式。1844年，法拉第说“波斯科维奇的原子”“比通常的概念具有更大的优越性”[宋德生、李国栋：《电磁学发展史》，广西人民出版社，1987年，第242页]。牛顿认为，力与空间无关，法拉第则认为力线是空间的属性。正如麦克斯韦所说：“在数学家们只见到远距作用引力中心的地方，在法拉第的心目中却出现了贯穿整个空间的力线。”[赫尔内克

1850年，神童一样的麦克斯韦进入剑桥大学。从1855年起，麦克斯韦学习电学，认真阅读了法拉第的著作，特别是《电学实验研究》一书。1856年，麦克斯韦发表了第一篇关于电磁理论的论文：《论法拉第力线》。在这篇论文中，他用不可压缩的流体的流线类比于法拉第的力线，把流线的数学表达式用到静电理论中。流线不会中断，力线也不会中断，只能发源于电荷或磁极，或者形成闭合曲线。麦克斯韦通过类比，明确了两类不同的概念，一类相当于流体中的力，E和H就是；另一个相当于流体的流量，D和B属于这一类。流量遵从连续性方程，可以沿曲面积分，而力则应线段积分。麦克斯韦推导出了6个与法拉第《电学实验研究》有关的电磁学定律。

隔了5年以后，麦克斯韦写了第二篇论文《论物理力线》，内分四个部分，分别载于1861年和1862年的《哲学杂志》上。他发现电磁现象与流体力学现象有很大差别，就借用兰金（W.J.M.Rankine）的“分子涡流”假设，提出自己的模型。他假设在磁场作用的介质中，有规则地排列着许多分子涡旋，绕磁力线旋转，旋转角速度与磁场强度成正比，涡流物质的密度正比于介质的磁导率

他把以太移植到电磁学中去，提出了电磁以太的思想。他主张以太是一种连续的介质，是传递各种力的媒介，弥漫于整个空间，因此虚空是不存在的，没有不被物质占有的真空地带。以太由力管组成，力管又由力线组成。每一条力线相应于一个单位的磁或电荷，力管延伸的方向就是电场与磁场的方向，力管截面积的大小就等于电场、磁场在这个截面上的强度，电磁作用是通过力线的变形产生的。他的这些创见为电磁理论奠定了基础

关于电磁波传播速度等于光速、电磁波是横波这一重要结论，麦克斯韦是在1862年的《论物理力线》中首次得到的。然后，在1865年的《电磁场的动力学理论》中，根据电磁场方程组，再次证明了这一结论。麦克斯韦从位移电流的思想出发，认为既然电介质中的粒子位移可以看成是电流，就可以把电流与磁力线的相互作用推广到绝缘体，甚至是充填于真空的以太。在这些介质中任一点产生的电粒子的振动，就可以通过相互作用在介质中扩展开来。

设弹性介质密度为ρ，切边模量为m，这种介质可以传播v=(m/ρ)^1/2的横波 

子位移可以看成是电流，就可以把电流与磁力线的相互作用推广到绝缘体，甚至是充填于真空的以太。在这些介质中任一点产生的电粒子的振动，就可以通过相互作用在介质中扩展开来。

设弹性介质密度为ρ，切边模量为m，这种介质可以传播v=(m/ρ)^1/2的横波。根据分子涡旋假设，麦克斯韦发现电磁波的速度等于光速。他在论文中用斜体字写道：“我们难以排除如下的推论：光是由引起电现象和磁现象的同一介质中的横波组成的。”[Scientific Papers of J.C.Maxwell,vol,1,Cambridge,1890,p500]

1873年，麦克斯韦出版了巨著《电磁通论》。在这部巨著中，麦克斯韦更为彻底地应用动力学原理（拉格朗日方程）发展了他的动力学理论体系，从而使得他建立的电磁场理论更加完善，基础更加坚实。在《电磁通论》中，麦克斯韦还首次从理论上预言了光压的存在，并根据光是波动的观点解释了光压。1887年，赫兹的电磁波实验系统地证实了麦克斯韦电磁场理论关于电磁波的预言。1888年，赫兹测量了电磁波的速度，证实它确实等于光速。对于麦克斯韦的功绩，爱因斯坦在纪念麦克斯韦诞辰100周年的文集中写道：“自从牛顿奠定了理论物理学的基础以来，物理学的公理基础的最伟大的变革，是由法拉第和麦克斯韦在电磁现象方面的工作所引起的。”“这样一次伟大的变革是同法拉第、麦克斯韦和赫兹的名字永远联在一起的。这次革命的最大部分出自麦克斯韦。”[许良英等编译：《爱因斯坦文集》（第一卷），商务印书馆，1977年，p292-294]

 

 

 

1900年12月14日，普朗克在德国物理学会宣布了一个新的思想：振子（振动着的带电粒子）只可能有一系列特定的不连续的能量，若其振动频率为ν，那振子所具有的能量就只能是hν的整数倍。hν是振子能量的最小单位，称能量子。1905年，爱因斯坦发表《关于光的产生和转化的一个试探性观点》，提出了光具有波粒二象性的光量子假说

 

如果假定光的能量在空间的分布是不连续的，就可以更好地理解黑体辐射、光致发光、紫外线产生阴极射线（按：即光电效应），以及其他有关光的产生和转化的现象的各种观测结果。根据这一假设，从点光源发射出来的光束的能量在传播中将不是连续分布在越来越大的空间之中，而是由一个数目有限的局限于空间各点的能量子所组成。这些能量子在运动中不再分散，只能整个地被吸收或产生。”[Albert Einstein, Ann.d.Phys.(4)17(1905)p.132, 译文见：许良英等编译：《爱因斯坦文集》，第二卷，商务印书馆，1977，p.37]

1908年，里兹（Walther Ritz, 1878-1909年）提出原子光谱的组合原理，同时也指出：从已知光谱规律来看，这些规律仅仅涉及频率ν，而不涉及ν²，可见电子所受作用力不是与其位移成正比，而是与其速度成正比。根据电磁理论，这种情况正好与电荷在电磁场中运动的情况相当。由此他提出一个假说，光谱线的频率决定于磁场作用力。

尼克尔松（J.W.Nicholson）是英国知名的数学和天文物理学家，擅长于星光光谱和日冕光谱的研究。1911-1912年间，他发表了一系列关于天体光谱的论文，其中也讨论到原子模型。他认为恒星和太阳这样高温的物体，原子应具有特殊的状态