第160夜 粒子与场(第2/3页)
。两个带电物体不会直接互相吸引或排斥,而要经由它们之间的媒介。
如果你用手拿两块磁铁,反复地把它们放在一起又拉开,感受其斥力与引力,“感受”到磁铁之间的场对其的作用,就不难理解法拉第的直觉了。
两个带电物体通过它们相互作用,两个物体的力通过场的力线“传递”。与牛顿提出的遥远物体之间的力的概念相比,这是个截然不同的观念,但会让牛顿也很感兴趣。牛顿对于他本人所引入的超距作用也感到困惑。地球是如何吸引如此遥远的月球的呢?太阳是如何不与地球接触,就有引力的呢?他在一封信中写道:无生命无意识的物质,可以在没有其他非物质因素介入的情况下,对其他物质起作用,在没有互相接触的情况下产生影响,这实在是不可思议。
在信的后面,我们也会发现:引力是物质内在固有、必不可少的,因此一个物体可以穿越真空对远处的另一物体产生影响,在没有任何媒介的情况下,其作用和力可以从一个物体传到另一物体,这一点对我来说十分荒谬,我相信任何有能力进行哲学思考的人都不会如此认为。引力一定是由某一媒介根据特定法则持续产生作用的,至于这种媒介是物质还是非物质,就留给我的读者思考了。
牛顿认为他的杰作十分荒谬,而后世却将其盛赞为科学的终极成就。他意识到在其理论背后一定存在某种别的东西,但他不知道那会是什么,于是把这个问题“留给读者思考”。
能够意识到自己发现中存在的局限是一种天才,即使是像牛顿这样伟大的发现——力学定律和万有引力。牛顿的理论极其出色,整整两个世纪都没有人会自寻烦恼去提出质疑——直到法拉第,牛顿的读者,读到了牛顿提出的悬而未决的问题,并找到了解答问题的关键,以合理的方式解释了不相邻物体间是如何吸引与排斥的。
爱因斯坦之后将会把法拉第的绝妙办法应用到牛顿的引力理论中。引入新的实体——场——使法拉第完全背离了牛顿简洁优美的本体论:世界不再只由在空间中随时间流逝而运动的粒子组成。一名新演员——场——登上了舞台。
法拉第意识到了他迈出的这一步的重要性。他的书中有很多优美的篇幅都在发问,这些力线是否真实存在。经过怀疑与思考后,他得出结论,认为它们真的存在,但是“在面对最深刻的科学问题时,要有必要的犹豫”。他意识到他想要表达的,是在牛顿物理学连续成功两个世纪后,对世界的结构进行修正。
麦克斯韦立刻意识到这个观念如金子一般可贵。他把法拉第仅用寥寥数语解释的洞见,转述成了一整页方程。这些方程现在被称为麦克斯韦方程组,它们描述了电磁场的特征,是法拉第力线的数学表达。
今天,麦克斯韦方程组每天都被用来描述电磁现象,设计天线、收音机、电动机与电脑。但这还不够,这些方程还需要解释原子如何运动(它们被电磁力结合在一起),形成石头的物质微粒为何会黏合在一起,以及太阳如何活动。它们可以描述各种各样的现象。我们所见的几乎一切——除了引力以外——都可以用麦克斯韦方程组很好地进行描述。此外还有更多的内容。包括也许是科学最美妙的成就:麦克斯韦方程组会告诉我们光是什么。
麦克
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