第160夜 粒子与场（2 / 2）

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。

麦克斯韦意识到，他的方程预言法拉第的力线可以振动起伏，就像海浪一样。他计算了法拉第力线波动的传播速度，结果竟然……与光速相同！

为什么呢？麦克斯韦领悟到：因为光只不过是法拉第力线的飞速振动！法拉第和麦克斯韦不仅解决了电与磁如何运动的问题，与此同时作为一个副产品，他们也指出了光是什么。我们看到的世界是多彩的，那么颜色是什么呢？简单来说，它是光作为电磁波的频率（振动的速率）。如果波振动得更快，颜色就会偏向蓝色；如果振动得慢一些，就会偏向红色。

我们感知的颜色是由视觉神经产生的反应信号，可以辨别不同频率的电磁波。我很好奇，当麦克斯韦意识到他的方程本来是要描述法拉第实验室中的线圈和小磁针，结果却解释了光与颜色的本质时，他会做何感想。光只不过是网状的法拉第力线的快速振动，就像风吹过湖面时的波纹。我们并非“无法看到”法拉第力线，我们是只能看到振动的法拉第力线。

“看见”就是感知到光，光是法拉第力线的运动。如果没有东西传输它们的话，任何物体都不会从空间中的某一位置移动到另一位置。我们之所以能看到沙滩上玩耍的孩子，是因为在孩子与我们之间存在振动着的力线，把孩子的影像传递给我们。这样的世界难道不神奇吗？

这个发现十分惊人，但还有更神奇的。这个发现的最终结果对我们而言有着巨大的实用价值。麦克斯韦认识到，他的方程组预言法拉第力线也能够以更低的频率振动，即比光慢得多的频率。

因此，必然存在着由带电物体运动产生的没有人能够看到的其他波动，也会使其他带电物体运动。使一个带电物体振动，必然可以激发电磁波，进而产生电流。仅仅几年过后，由麦克斯韦从理论上预测的这些波，就被德国物理学家海因里希·赫兹（HeinrichHertz）发现；又过了几年，伽利尔摩·马可尼（GuglielmoMarconi）制造出了第一台收音机。全部的现代通信技术——收音机、电视、电话、电脑、卫星、Wi-Fi、网络等——都是麦克斯韦预言的应用；麦克斯韦方程组是电信工程师进行一切计算的基础。

以通信为基础的现代世界，源自一个贫穷的伦敦装订工的灵感——充满想象力的奇思妙想——他用心灵之眼看到了那些线条，一个出色的数学家把这一观点转述成了方程，领悟到眨眼间这些线的波动就可以把信息从地球的一端传递到另一端。

我们现今的全部技术都基于电磁波这一物理实体的应用，它并非通过实验被发现，而是来自麦克斯韦的预言，并且起初仅仅是为了寻找一种数学描述来解释法拉第从线圈和小磁针那里得到的灵感。这就是理论物理学的巨大威力。

世界已经改变，它不再只是由空间中的粒子组成，而是由空间中的粒子和场组成。这看似一个微小的改变，但几十年以后，一个年轻的犹太人、世界公民，会得出远远超过法拉第已然杰出的想象力的结论，并且从核心深处撼动牛顿的世界。