關於“革命”的一個比較謹嚴的表述見於1894年奧古斯特·福普爾的教科書《麥克斯韋電學理論入門》。愛因斯坦在蘇黎世做學生時,正是從這本教科書中學到了麥克斯韋的理論。(霍爾頓在1973年的著作中(205-212)對福普爾在愛因斯坦思想發展中的重要作用作了探討。)在該教科書的序言中,福普爾強調赫茲如何不僅證明了電磁波的存在(和速度),而且在理論上確立了一個“轉折點”,它強有力地使物理學家們擺脫了以遠距離作用量為基礎的(韋伯和其他人的)舊理論。赫茲的發現使“輿論產生了轉變”(“UmschwungderMeinungen”),導致了“輿論的逆轉”[即顛倒;而且可能是一場革命性的變革](iii,iv)。
不久,法國哲學家、科學家皮埃爾·迪昂也提出了類似的看法。迪昂的探討是更為有趣的,因為,他不僅是一位著名的科學家和卓越的哲學家,而且還是一位知名的科學史學家。他聲稱他的著作對麥克斯韋的電理論進行了“曆史的和批判的研究”。在描述麥克斯韋著作的影響時,迪昂(1902,5)接連用了兩個術語:‘bouleverser’(使動蕩,使震驚)和‘revolution’(革命)——這正是我們在後來恩格斯《反杜林論》法文版中由德文‘Umwalzung’(革命)迻譯過來的相同的兩個詞。迪昂直率地說,“這場革命是一位蘇格蘭物理學家詹姆斯·克拉克·麥克斯韋努力的結果”(1902,5)。在一段關於曆史的題外話中,迪昂特別指出,“麥克斯韋推翻了理論物理學據以發展的自然秩序;但是,在他的有生之年,他沒有未得及看見赫茲的發現使他的大膽假設轉變成為一個先知者的預言”(p.8)。在對麥克斯韋的第一篇論文的討論中,迪昂比較了電現象與一種流體在阻抗介質中的運動。與此同時,他發現,麥克斯韋的語言似乎表明,“使物理學的這一學科革命化”根本就不是“他的意圖”(p.55)。迪昂還高度讚揚路德維希·玻爾茲曼在1891年和1893年發表的著作。在這些著作(論文)中,玻爾茲曼試圖“用全新的概念,建構一個在其中可以合乎邏輯地把麥克斯韋的方程式聯係在一起的體係”,而且迪昂認為,這個體係是排除在麥克斯韋本人提出他的不同方程式的過程中的一個主要問題的途徑。迪昂發現,在麥克斯韋的那一係列方程式中,充滿“矛盾和謬誤”(pp.223-224)。
在迪昂討論麥克斯韋和革命一年之後,約翰·西奧多·默茨出版了其《19世紀歐洲思想史》的第2卷(1903年)。在這一卷中,他把麥克斯韋關於電磁理論的論文看作是一套“革命的叢書”,並且指出,“麥克斯韋的思想對科學的——不但如此,甚至公眾的——思想的發展產生了相當大的影響”(pp.77-78,88)。
我已經提到愛因斯坦連續用革命的術語談論麥克斯韋。在1920年的一次談話中(莫斯科夫斯基1921,60),愛因斯坦對麥克斯韋的革命作了如下概括:
經典力學把所有電的和力學的現象歸之為粒子相互間的直接作用,而不考慮它們彼此間的距離。對這種最簡單的定律牛頓是這樣表述的:“引力等於質量的乘積除以距離的平方”(引力與兩物質粒子的質量乘積成正比,而與它們之間距離的平方成反比)。與此截然不同,法拉第和麥克斯韋引入了一種全新的物理實在,即力場。這些新的實在的引入,給予我們以極大的助益,以致於與我們的日常經驗相違背的遠距離作用的概念首先變得不必要了,因為,場從一個點到另一個點附著於整個空間之中,沒有任何中斷或間隔。其次,場的定律,尤其是就電而言,呈現為一種比在不設想任何場的存在的條件下要簡單得多的形式,而且隻有質量和運動才被看作是實在。
在他的“自傳筆記”中(希爾1949,32-33),愛因斯坦詳盡闡述了這個主題:
在我的學生時代,最迷人的主題就是麥克斯韋的理論。由遠距離的力向作為基本的量值(參量)的場的轉變使它看來好像是一種革命的理論。把光學結合到電磁理論之中,這一理論所確立的光速與絕對靜電和電磁單位係統之間的聯係,折射指數與介電常數的聯係,以及一個物體的反射率和金屬傳導率之間的質的聯係——它就像是一個天啟。
在赫茲用實驗證實電磁波的預言大約半個世紀以後,愛因斯坦對一場麥克斯韋革命的感覺敏銳的評價,在卡爾·波普爾對科學革命的清晰而鮮明的概括中又重新得到表述(1975,89)。他說,“法拉第和麥克斯韋的革命,從一種科學的觀點看,正像哥白尼的革命一樣偉大”,因為“它推翻了牛頓的主要教條——向心力的教條”。
許多評論家指出,麥克斯韋的理論在英國比在歐洲大陸獲得了更普遍的支持。但是,仍然存在不同意見。開爾文勳爵就是其中之一。在1884年於約翰斯·霍普金斯大學所作的《巴爾的摩講演》中,他直率地說:“如果我知道什麼是光的電磁理論,那麼,我也許就能夠聯係光的波理論的基本原理來思考它”。此外,“我也許可以說,在我看來,關於它的一個似乎可以理解的唯一正合需要的東西,我認為是不可接受的”。在分析1875年到1908年間英國的狀況時,阿瑟·舒斯特爵士說,在英國,沒有人進行實驗以證實麥克斯韋的預言,因為“我們也許過於自信麥克斯韋的看法固有的真理和單純”。既然我們“考慮到支持電磁理論的間接證據,所以認為不值得進行一個‘廣泛展開的實驗研究”’,那麼,為什麼還要進行這樣一個“肯定將占用和耗費大量時間和勞動”的實驗研究呢?實際上,進行這樣一個實驗似乎並無多大意義,因為看來顯而易見的是,實驗的“結果”將是“一個定論”。但是,舒斯特說,卡文迪什實驗室的年輕人“錯了”,因為他們“忘記了,在國外,而且在某種程度上說在這個國家中,絕大部分科學思想並無興致甚至舍不得放棄一種靈活多變的有實體的非常有用的以太,轉而接受一種其性質並不像任何已知物體的性質的介質”。
麥克斯韋的革命與我們前麵一直在討論的那些革命多少有些不同;那些革命可以比較容易地與像拉瓦錫或達爾文這樣的單個人的科學思想聯係起來。這場已經進行了長達半個多世紀之久的革命需要三個顯著的貢獻,即法拉第廢克斯韋和赫茲三個人分別作出的貢獻。對於這三位偉大的物理學家的重要作用,存在不同的看法。麥克斯韋的革命這個稱呼也許源於這樣一個事實:電磁理論集中體現在麥克斯韋的方程式中,這可能就是愛因斯坦認為麥克斯韋在這場革命中“發揮了最大作用”的原因。但是,愛因斯坦同樣尊敬法拉第,而且在他的研究中對兩者都作了生動的描述。這場革命看來似乎像人們歸功於哥白尼的革命。在哥白尼的革命中,開普勒改造了哥白尼的概念,然後,牛頓又發展了這些概念。然而,兩者之間仍然有一個根本的差別,因為開普勒基本放棄了哥白尼的原理,而麥克斯韋則在自己的理論中把法拉第置於一個非常重要的地位,給予法拉第的概念以新的精確性和重要性,並且在牛頓以開普勒思想為基礎進行創建的意義上發展了法拉第的思想。
麥克斯韋對一種新物理學的貢獻並不限於他的電磁學理論。它們還包含其他許多論題,其中有分子物理學、熱力學和氣態運動論。他使科學家們意識到量綱分析的重要性,並且在物理理論中傳播了模式的概念,這個概念已經成為我們時代物理學的一個重要特點。我們已經看到,麥克斯韋的電磁理論順利通過了三次革命的檢驗:親眼目睹者的證明,曆史學家的評判,科學家們的看法。第四次檢驗——物理學思想的記錄——表明,麥克斯韋的革命(或者說,法拉第、麥克斯韋利赫茲的革命)是由18世紀和19世紀的經典物理學向2世紀新的相對論物理學和量子論轉變過程中的一個重要因素。像牛頓革命以及采用和推廣了理解外部世界現象的新方法的科學中的其他革命一樣,它也是人類思想中的一場偉大革命。
87 科技革命史(二)