一个伟大的思想脱颖而出

2.一个伟大的思想脱颖而出

1831年，对于法拉第来说是最难忘的一年。他的伟大发现——电磁感应问世了。10年的实验，10年的追求终于得以实现，他感到极度的兴奋和喜悦。

在以后的一段时间里，他通过对磁棒周围的空间存在着力线的观察和研究得出了这样的结论：磁铁和电流周围的力线指示磁针的受力方向，所以叫做磁力线，充满磁力线的空间叫做磁场。于是，关于“场”的研究，法拉第又正式地提了出来。

以前，遵循牛顿的力学思想，也曾有“势场”概念出现过。由于牛顿力学强调两个磁极之间的空间是“一无所有”的真空，所以牛顿派的物理学家一般不用力线和场这些名词。

法拉第在实验中引出场的概念，既不是寻求形象化的语言表达，也不是借用方便的教学工具。因为他的场概念既不是可有可无，也不是“一无所有”的真空。在法拉第的场中，力线是实实在在的犹如蜘蛛网似的布满了空间，它不仅表示力的方向、大小，而且就像人们生活中真实的橡皮线、棉线、丝线一样，可以变形、运动，可以被切割，并且在切割的时候还会产生阻力。这些力线虽然看不见，摸不着，但是我们可以用间接办法证实它们的存在。你只要拿一根导线在磁场中运动，让它切割磁力线，这时不仅在导线所构成的闭合电路中会有感生电流产生，而且你会感到手上有阻力存在，就像在水里游泳，人的身体一样会感受到有阻力。由此可见，法拉第的力线牵涉到如此众多的丰富的物理学内容，力线所在的空间——场当然也就有必要存在了。

在对法拉第有关“场”的概念讨论中，还有一点必须提及，在牛顿派的物理学家那里，一般很少提到力线和场的概念，如果提到的话，力线相对场源（物质或者电荷）是静止不动的；而法拉第所讲的力线相对场源（磁棒或者电流）是可以运动的。在法拉第的场中，力线不是固定在场源物质上的。如果把场源比做一只湖上的小船，那么它的力线就像湖上的水波。人们坐在小船上，把桨插在水里，用力一划，小船就劈开湖水向前滑去，这时水面上的波纹，由近及远，逐渐向远方传播开去。在法拉第的场中，力的传递就像水波行进那样，具有一定的速度，同时还需要一定的时间。

场的思想就这样诞生了。过去，法拉第只考虑两极之间存在磁力线和磁场，眼下，他开始考虑电力线和电场的问题了。如果说法拉第在解决电磁感应的时候运用力线和场的概念是迫不得已的话，那么现在他却是用新的场的思想来处理问题了。

事物都是相比较而存在的。牛顿认为空间是一无所有的真空，法拉第却认为空间充满了场，其中有磁力线、电力线，如果再考虑光、引力……场的内容就更加丰富了。牛顿认为物质只是一种形态，那就是实物，而实物是由无数个弹性小球式的粒子组成的；法拉第却认为所谓的实物粒子就是力场的中心起点。牛顿认为空间与物质无关；法拉第关于空间、实物粒子和场的思想却是极其深刻的，他把牛顿的粒子归结为场，在场的概念下把物质的多种存在形态统一起来。这些思想在20世纪发展起来的相对论和量子场论中得到了充分运用。牛顿派物理学家们认为，电力和磁力具有超距作用；法拉第却认为，这些力都是以场为中介，像水波一样传递的。牛顿派认为每一种力就对应着一种物质，各种力——万有引力、电力……相互无关；法拉第却认为各种力是统一的，电、磁、光、引力都相互关联，可以在场中相互作用，相互转化。

打个比方，如果把宇宙比做一场戏剧，那么牛顿所描绘的宇宙就是一出古代戏剧，表演是在空荡荡的广场上进行的，物质在空间运动就像演员在广场上表演，演员和广场彼此不发生关系。而法拉第所描绘的宇宙却是一出近代戏剧，表演是在有布景和道具的舞台上进行的，物质在空间运动就像演员在舞台上表演，演员的动作要引起场景的变化，演员和舞台场景融为一体了。

用发展的眼光来看，法拉第关于场的许多观念仍处在萌芽状态，带有推断、猜测的性质，甚至还含有错误的成分。法拉第把电力线、磁力线当成实实在在的东西，这是正确的；但是他没有跳出机械论的框框，把力线当做机械的有弹性的棉线、丝线那样，这就完全错了。他没有认识到除了实物这种客观实在以外，还可能有场的存在，完全不必把场纳入机械式的实物的范畴。法拉第认为，力的作用是以场为中介渐进传递的，这是很正确的；然而他又把场的现象看成是一种假想的连续媒质中的应力和应变的表现，这又错了。实际上，场和实物一样，也有质量、能量和动量之分，是和实物有同等地位的物质的存在形态，完全不必要把场归结为某种假想的实物的应力和应变。

以上这些不足甚至错误，在一个新理论的成长过程中是难免的。然而有一点却是肯定无疑的，法拉第要求改变牛顿力学所描绘的宇宙图景，这又是一场革命，而且是继牛顿力学建立、实现物理学历史上第一次革命之后的又一次革命。