友情提示：如果本网页打开太慢或显示不完整，请尝试鼠标右键“刷新”本网页！
科学中的革命-第44部分
快捷操作: 按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页 按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页 按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部! 如果本书没有阅读完，想下次继续接着阅读，可使用上方 "收藏到我的浏览器" 功能 和 "加入书签" 功能！
没有减低或轻视麦克斯韦对麦克斯韦革命的重要贡献。就威廉·汤姆森对这场革命的贡
献来说（见下文），这甚至是更为真实的，因为，“汤姆森非凡的才华产生的是有说服
力的非系统的见识，而不是完满的理论”（埃弗里特1974，205）。通过运用汤姆森形象
化地描述电的现象的方法以及汤姆森“把能量原理运用到电学之中”的结果，麦克斯韦
才能够认识到它们的重要性。
麦克斯韦在1855—1856，1861－1862，1863，1864和1865年发表的一系列论文中发
展了自己的思想，而且在1873年的《论电和磁》一文中，这些思想基本最终形成。但是，
在此后几年，这一革命性的新的学说仍然只是理论上的一场革命，而且，只是当海因利
希·赫兹的工作证实电磁波之后，它才成为科学中的一场革命。由于这一原因，这场革
命有时被人们称为法拉第…麦克斯韦…赫兹革命；甚至那些探讨麦克斯韦的革命性工作的
人们也都指出，这场革命并不是麦克斯韦一个人所引起的革命。例如，阿尔伯特·爱因
斯坦讨论了“将永远同法拉第、麦克斯韦和赫兹的名字联系在一起的伟大变革”（1953，
161；1954，268）。但是，他又立刻补充说，“麦克斯韦对这场革命作出了最大最重要
的贡献”。在另外一个场合，他则无意中忽略了赫兹，而且只是提到“法拉第和麦克斯
韦在电动力学和光学中所引起的革命”；他说，这场革命是“自牛顿以来，理论物理学
中第一个伟大的重要的进步”（1953，154－155；1954，257）。但是，爱因斯坦在他的
自传中仅仅谈到“麦克斯韦的理论”，并且说，在他还是一个学生的时候，这一理论就
显得是“革命性的”理论（希尔普，1949）。
麦克斯韦对法拉第思想的改造
这一改造过程可以在麦克斯韦著名的论文“论物理中的力线”中看到。在讨论法拉
第关于在某个存在磁力线的空间中必定存在某种应力的思想时，麦克斯韦实际上在开始
提出了这样一个问题：空间要展现法拉第的假设所需要的实际的应力分配，究竟需要哪
一种传导体呢？C．W．F．埃弗里特追溯了麦克斯韦用以吸取苏格兰工程师W．J．M．兰
金的思想以及威廉·汤姆森（开尔文勋爵）的结论从而创立自己关于物理中的力线的理
论的途径。在这里我们可以看到对科学思想作权威改造的过程的要素，这一改造产生出
一种全新的思想，电可以“通过空间传播”，而且不一定仅仅是“局限于导管的一种流
体。麦克斯韦在他的论文的结论中谈到人们所说的一个“惊人的发现”——这个新提出
的导体的振动不仅将证明磁力线，而且也将具有与光同样的性质”。麦克斯韦用斜体字
的方式表达了他的结果与众不同的特点。他写道（1890，1：500），我们“几乎不可能
回避这样一个推论：光是一种介质中的横向波动，这种介质也是电磁现象的起因。
但是，甚至就此而言，麦克斯韦思想的萌芽也可以在法拉第的一篇值得注意的论文
——载入1846年5月《哲学杂志》中的一篇题为“对光线一振动的若干思考”的论文——
中找到。在这篇论文中，法拉第提出，关于“辐射是力线中一种高级形式的振动”的大
胆看法，是“一种思辨的影子”。在这篇论文中可能最使我们感兴趣的是——正如西尔
维纳斯，P．汤普森在1900年（p．193）指出的——它没有引起人们多大的注意，甚至比
较早地为法拉第写传记的人也都没有注意这篇论文。因为这些人是在麦克斯韦的光的电
磁理论被普遍承认之前写作传记的，所以他们在其中还尚未认识到人们后来赋予它的重
要性。约翰·廷德尔（1868）把法拉第的思索仅仅看作是“曾经由一位科学家所进行的
最卓越的思辨之一”而不予考虑。亨利·本斯·琼斯在1870年只是用半行字顺便提到过
它。约翰·霍尔·格拉德斯通在1872年甚至都没有提及它。但是，麦克斯韦后来说，
“横向磁场干扰的传播排斥正常磁场的看法显然是法拉第教授在他的‘对光线一振动的
若干思考’（1890，1：535）中提出来的”。在麦克斯韦看来，“他＇法拉第＇提出的光
的电磁理论，实质上与我在这篇论文中开始展开的理论是同一理论，只是在1846年没有
任何数据测算传播的速度”。我同意C。W。F。埃弗里特的看法，即对麦克斯韦对法拉第
“对光线振动的若干思考”所作的评论要有所保留，因为，那篇论文的“任何直接的影
响”在麦克斯韦思想的发展过程中都可以清楚地看出。“这些评论是在事后几年作出的，
而且是麦克斯韦堂吉河德式的慷慨的一个例证。他在那时与法拉第和汤姆森的信件中的
评论并未表示出任何这样的影响”。
在关于麦克斯韦对物理学的贡献的一篇评论（1896，204205）中，R．T．格莱兹布
鲁克提请人们注意麦克斯韦理论的五个基本特点并且“承认，在麦克斯韦所处的时代，
没有多少关于它们的直接证据”。麦克斯韦所作的最大胆的设想之一就是，维持光波的
同一种介质必定能够成为电磁场中的介质。他断言，在空间中必定存在电磁波．而且，
作为空间分析方面的一位先驱，麦克斯韦指出，把电的单位即静电单位和电磁单位的两
种系统联结在一起的因素是一种速率，而已事实上有一个非常接近光速的数值、这意味
着，光本身就是一种电磁现象，是一连串的电磁波。麦克斯韦在1864年想说、数字的结
果似乎“揭示了光和磁是同一种物质的作用，而且，光是一种根据电磁规律通过场传播
的电磁干扰。”
马克斯·普朗克（1931，57）在这个见识中看到了对“评价一种理论的标准”的最
可行的说明和例证。“它真正解释了除那些它以此为基础的现象之外的其他现象”。普
朗克没想，无论是法拉第还是麦克斯韦“最初都没有联系他们对电磁学基本定律的考察
来考虑成研究光学”，但是，“一百多年来激起来自力学方面的抨击的整个光学领域却
被麦克斯韦的《电磁场的动力学理论》一举证服了”，所以，“从那时以来，每一种光
学现象都可被直接视为一个电磁学的问题”。对普朗克来说、“在任何时候，这都将是
人类理智的努力的最伟大的凯旋”之一。
海因利希·赫兹的贡献
因而这里是一个检验——不仅要看看电磁波是否可以产生出来，而且要弄清楚它们
是否有光的速度。这样，我们就可以理解海因利希·赫兹在直到1888年的那些岁月里所
进行的一系列实验的重要性；他的这些实验最终证实了麦克斯韦理论的预言。赫兹不仅
生产出了电磁波，并且（通过测量已知频率的驻波的波长）发现广电磁波的速度；他通
过实验表明，这些电磁波在反射、折射和极化等特点方面与光相似，而且，它们是可以
被聚焦的。赫兹本人把这一理论看作是“麦克斯韦在法拉第观点的基础上创立的并且我
们称其为法拉第…麦克斯韦理论的一种理论”（1893，19）。
赫兹的贡献并不仅仅是计划并实施了一个机敏的实验，虽然这个实验的成就是巨大
的。他还表明，他的实验作为“对一个假定的远距离活动的有限传播的第一个证明”是
多么重要。（麦科马克，1972，345）。因此，他的实验的作用在于使物理学家们关于电
磁学的观点实现了从“远距离的瞬间活动”向“麦克斯韦关于电磁过程是在电介体中发
生的，以及一种电磁以太包含着比较古老的发光的以太的功能的看法”的根本转变（同
上）。但是，要完成这一革命，赫兹还必须清楚地阐明，“当物理学家们自称麦克斯韦
的追随者时”，“他们所赞成的是什么理论”。（关于这一点，可参见麦科马克在第34
6页上所作的精彩概括，尤其是关于赫兹对麦克斯韦的“向量电势”的论述的探讨。）最
后，他除去了这一理论的某些“不必要地使形式主义复杂化”的物理学的特点（1893，
21），并且（在他的《电波》一作的导言中）断言，“麦克斯韦的理论”不过是“麦克
斯韦的方程式体系”。由于对麦克斯韦理论的接受，尤其是在欧洲大陆对这一理论的采
纳，都是遵循赫兹提出的思路，所以我们就可以理解，为什么爱因斯坦和其他一些人在
讨论这场革命时把赫兹的大名也包括在内。
由于许多原因，麦克斯韦的理论是难以接受和理解的。第一，它在概念上是创新的，
拥有诸如“位移电流”这样一些激进的概念。第二，麦克斯卡不只是把这一理论看作是
对新的原理的数学上的精炼或推敲，而且也是根据物理学的型式提出来的。首先，这些
新的原理体现在诸如嵌齿轮和滑车等机械装置中；他的真诚的追慕者格莱兹布鲁克禁不
住把一个“多少有些粗俗的看法”引入到这些装置之中（1896，166），尽管他确实强调
这些装置对于它们的创造者来说只是“一个型式”。麦克斯韦从未完全放弃旋转的电子
管和以太的涡旋。在他的《电和磁》中（2：&；831；1881，2：428），他写道，“磁
力是涡旋的离心力的作用”，而“电动势”则是“加于起联结作用的结构的应力”的结
果。法国数学家亨利·彭加勒对于麦克斯韦的理论持有鲜明的态度（见下文）。他禁不
住介绍了一本书，即《麦克斯韦理论和光的电磁理论讲演录》（1890，V），目的在于表
明，当“一位法国读者第一次打开麦克斯韦的书的时候”，一种不安甚至通常是疑惑的
感觉如何与他的赞美交织在一起。在另一部著作（1899；英译本1904，2）中，彭加勒承
认，麦克斯韦归之于以太的“复杂结构”“使他的体系古怪而又枯燥乏味”。彭加勒认
为，事实上，人们“似乎是在阅读对有传动装置、有传导运动并且在作用力之下弯曲的
拉杆，有轮子、传动带和节速器的工场的描述”。而且，彭加勒认为，它体现了“英国
人对这种概念的偏好；这些概念的出现正是迎合了英国人的心意”。但是，他也注意到，
麦克斯韦本人“首先放弃了他自己的离奇的理论”，而且，“它并不是出现在他的完整
著作中”。这里所说的“完整著作”可能是指麦克斯韦的那一系列论文。彭加勒立刻补
充说，我们决不能懊恼“麦克斯韦的智慧追寻了这一僻径，因为它因此导致了最重要的
发现”，而且彭加勒坚持认为（p．12）“麦克斯韦著作中永恒的要素”在于这样一个事：
“它独立于一切特殊的解释”。
赫兹在德国伟大的物理学家亥姆霍兹的建议下所进行的实验证实了麦克斯韦的预言。
在欧洲大陆，尤其是在德国，（高斯，韦伯等人）倾向于——正如普朗克所解释的（普
朗克，1931，58…59）——“根据位势理论——这是高斯从牛顿的远距离作用的定律为静
电磁场推演出来的，而且由此产生了很高的数学成就”——专门探求“电动力学的成就”。
法拉第…麦克斯韦关于不存在任何这样的“直接的远距离作用”以及力场具有“一种独立
的物理实在”的见解，是如此令人不可思议和如此难以理解，以致普朗克认为，这种新
的理论“在德国找不到任何立足点，而月．甚至几乎引不起人们的注意”。亥姆霍兹提
出了他自己的一种理论，在这种理论中，他试图保持瞬时作用的程式，而且仍然包含着
麦克斯韦的方程式。他鼓励赫兹进行实验，不仅是为了发现电磁波是否存在或是否能够
被产出（因为这两者都是他的理论和麦克斯韦的理论所需要的），而且是为了在两种不
同看法之间作出选择，因为这两种看法都导致了关于电磁波的物理特性的非常困难的预
言。（关于亥姆霍兹与麦克斯韦之间理论差别的简洁说明，请参见特纳1972，251—252。）
在关于“麦克斯韦的理论和赫兹的动摇”的一部通俗的——也就是说，非数学的—
—著作（1899；英译本，19O4，第7章）中，彭加勒解释了赫兹的实验如何在麦克斯韦的
理论与它的对手之间提出了“实验难题”。这两种理论都一致同意许多被证实的预言
（例如，电干扰沿一导线传播的速度与光速相同，电磁干扰通过空间传导），它们就这
些作用在空间中传播的时间则有不同意见。假若不存在麦克斯韦的“位移电流”，那么
传播就应当是瞬间的。但是，根据麦克斯韦的理论，在空气或真空中的传播速度，应当
与沿导线传播的速度为同一速度——也就是说，它应当与光速相同。因此．彭加勒提出
了这样一个问题：“因而，这里是一个实验难题：我们必须测定，电磁干扰以什么速度
依靠感应通过空气传播。如果这个速度是无穷大的，那么我们就必须遵循旧的理论；假
如它与光速相等，那我们就必须接受麦克斯韦的理论。”赫兹最初的实验并没有提供一
个容易的答案。实验的结果“似乎无可否认地驳斥了旧的电动力学理论”，但是，“又
似乎谴责了麦克斯韦的理论”。在1899年的著作中，彭加勒说，“这个失败仍然不能获
得令人满意的解释”。他推测，赫兹用了一面“对于波长来说过于小的”反射镜，所以，
“折射反而扰乱了所观察的现象”。无论怎样，后来的实验（首先是萨拉森和德拉里夫
进行的实验）无可辩驳地证明，麦克斯韦的理论是正确的。这标志着以远距离瞬时作用
为基础的理论的终结，并且表明，人们开始普遍接受麦克斯韦范式中场的理论，以及与
光速相等的有限的传播速度。因此，法拉第…麦克斯韦理论上的革命转变成为法拉第…麦
克斯韦…赫兹科学中的革命。
对这次革命的证明
在1888年，赫兹把他关于电波的实验的最后结果通知了亥姆霍兹。在这一年所作的
一个演讲中，亥姆霍兹（1907，3）谈到“法拉第…麦克斯韦的思想”在理论物理学（
“以太的理论物理学”）中所引起的一场“完全的革命”（eine vollstandige Umwalz
ung）。然后，亥姆霍兹（p。4）用类似库恩的语言，讨论了电学理论很可能要首先经历
的“危机”（“eine Krisis，die erst durchgemacht werden muss”）。但是，亥姆
霍兹所说的“危机”和“革命”与库恩所说的“危机”和“革命”之间的区别在于，亥
姆霍兹似乎已经看到了从“革命”中出现的“危机”，而且所处的条件也与从前不同了。
关于“革命”的一个比较谨严的表述见于1894年奥古斯特·福普尔的教科书《麦克
斯韦电学理论入门》。爱因斯坦在苏黎世做学生时，正是从这本教科书中学到了麦克斯
韦的理论。（霍尔顿在1973年的著作中（205－212）对福普尔在爱因斯坦思想发展中的
重要作用作了探讨。）在该教科书的序言中，福普尔强调赫兹如何不仅证明了电磁波的
存在（和速度），而且在理论上确立了一个“转折点”，它强有力地使物理学家们摆脱
了以远距离作用量为基础的（韦伯和其他人的）旧理论。赫兹的发现使“舆论产生了转
变”（“Umschwung der Meinungen”），导致了“舆论的逆转”＇即颠倒；而且可能是
一场革命性的变革］（iii，iv）。
不久，法国哲学家、科学家皮埃尔·迪昂也提出了类似的看法。迪昂的探讨�
快捷操作: 按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页 按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页 按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部!
温馨提示： 温看小说的同时发表评论，说出自己的看法和其它小伙伴们分享也不错哦！发表书评还可以获得积分和经验奖励，认真写原创书评 被采纳为精评可以获得大量金币、积分和经验奖励哦！