第二十章 法拉第、麦克斯韦和赫兹
是麦克斯韦的理论。由远距离的力向作为基本的量值(参量)的场的转变使它看来好像是一种革命的理论。把光学结合到电磁理论之中,这一理论所确立的光速与绝对静电和电磁单位系统之间的联系,折射指数与介电常数的联系,以及一个物体的反射率和金属传导率之间的质的联系——它就像是一个天启。
在赫兹用实验证实电磁波的预言大约半个世纪以后,爱因斯坦对一场麦克斯韦革命的感觉敏锐的评价,在卡尔·波普尔对科学革命的清晰而鲜明的概括中又重新得到表述(1975,89)。他说,quot;法拉第和麦克斯韦的革命,从一种科学的观点看,正像哥白尼的革命一样伟大quot;,因为quot;它推翻了牛顿的主要教条——向心力的教条quot;。
许多评论家指出,麦克斯韦的理论在英国比在欧洲大陆获得了更普遍的支持。但是,仍然存在不同意见。开尔文勋爵就是其中之一。在1884年于约翰斯·霍普金斯大学所作的《巴尔的摩讲演》中,他直率地说:quot;如果我知道什么是光的电磁理论,那么,我也许就能够联系光的波理论的基本原理来思考它quot;。此外,quot;我也许可以说,在我看来,关于它的一个似乎可以理解的唯一正合需要的东西,我认为是不可接受的quot;。在分析1875年到1908年间英国的状况时,阿瑟·舒斯特爵士说,在英国,没有人进行实验以证实麦克斯韦的预言,因为quot;我们也许过于自信麦克斯韦的看法固有的真理和单纯quot;。既然我们quot;考虑到支持电磁理论的间接证据,所以认为不值得进行一个广泛展开的实验研究quot;,那么,为什么还要进行这样一个quot;肯定将占用和耗费大量时间和劳动quot;的实验研究呢?实际上,进行这样一个实验似乎并无多大意义,因为看来显而易见的是,实验的quot;结果quot;将是quot;一个定论quot;。但是,舒斯特说,卡文迪什实验室的年轻人quot;错了quot;,因为他们quot;忘记了,在国外,而且在某种程度上说在这个国家中,绝大部分科学思想并无兴致甚至舍不得放弃一种灵活多变的有实体的非常有用的以太,转而接受一种其性质并不像任何已知物体的性质的介质quot;。
麦克斯韦的革命与我们前面一直在讨论的那些革命多少有些不同;那些革命可以比较容易地与像拉瓦锡或达尔文这样的单个人的科学思想联系起来。这场已经进行了长达半个多世纪之久的革命需要三个显著的贡献,即法拉第废克斯韦和赫兹三个人分别作出的贡献。对于这三位伟大的物理学家的重要作用,存在不同的看法。麦克斯韦的革命这个称呼也许源于这样一个事实:电磁理论集中体现在麦克斯韦的方程式中,这可能就是爱因斯坦认为麦克斯韦在这场革命中quot;发挥了最大作用quot;的原因。但是,爱因斯坦同样尊敬法拉第,而且在他的研究中对两者都作了生动的描述。这场革命看来似乎像人们归功于哥白尼的革命。在哥白尼的革命中,开普勒改造了哥白尼的概念,然后,牛顿又发展了这些概念。然而,两者之间仍然有一个根本的差别,因为开普勒基本放弃了哥白尼的原理,而麦克斯韦则在自己的理论中把法拉第置于一个非常重要的地位,给予法拉第的概念以新的精确性和重要性,并且在牛顿以开普勒思想为基础进行创建的意义上发展了法拉第的思想。
麦克斯韦对一种新物理学的贡献并不限于他的电磁学理论。它们还包含其他许多论题,其中有分子物理学、热力学和气态运动论。他使科学家们意识到量纲分析的重要性,并且在物理理论中传播了模式的概念,这个概念已经成为我们时代物理学的一个重要特点。我们已经看到,麦克斯韦的电磁理论顺利通过了三次革命的检验:亲眼目睹者的证