科学中的革命-第33部分

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认，麦克斯韦归之于以太的“复杂结构”“使他的体系古怪而又枯燥乏味”。彭加勒认
为，事实上，人们“似乎是在阅读对有传动装置、有传导运动并且在作用力之下弯曲的
拉杆，有轮子、传动带和节速器的工场的描述”。而且，彭加勒认为，它体现了“英国
人对这种概念的偏好；这些概念的出现正是迎合了英国人的心意”。但是，他也注意到，
麦克斯韦本人“首先放弃了他自己的离奇的理论”，而且，“它并不是出现在他的完整
著作中”。这里所说的“完整著作”可能是指麦克斯韦的那一系列论文。彭加勒立刻补
充说，我们决不能懊恼“麦克斯韦的智慧追寻了这一僻径，因为它因此导致了最重要的
发现”，而且彭加勒坚持认为（p．12）“麦克斯韦著作中永恒的要素”在于这样一个事：
“它独立于一切特殊的解释”。
　　　　赫兹在德国伟大的物理学家亥姆霍兹的建议下所进行的实验证实了麦克斯韦的预言。
在欧洲大陆，尤其是在德国，（高斯，韦伯等人）倾向于——正如普朗克所解释的（普
朗克，1931，58…59）——“根据位势理论——这是高斯从牛顿的远距离作用的定律为静
电磁场推演出来的，而且由此产生了很高的数学成就”——专门探求“电动力学的成就”。
法拉第…麦克斯韦关于不存在任何这样的“直接的远距离作用”以及力场具有“一种独立
的物理实在”的见解，是如此令人不可思议和如此难以理解，以致普朗克认为，这种新
的理论“在德国找不到任何立足点，而月．甚至几乎引不起人们的注意”。亥姆霍兹提
出了他自己的一种理论，在这种理论中，他试图保持瞬时作用的程式，而且仍然包含着
麦克斯韦的方程式。他鼓励赫兹进行实验，不仅是为了发现电磁波是否存在或是否能够
被产出（因为这两者都是他的理论和麦克斯韦的理论所需要的），而且是为了在两种不
同看法之间作出选择，因为这两种看法都导致了关于电磁波的物理特性的非常困难的预
言。（关于亥姆霍兹与麦克斯韦之间理论差别的简洁说明，请参见特纳1972，251—252。）
　　　　在关于“麦克斯韦的理论和赫兹的动摇”的一部通俗的——也就是说，非数学的—
—著作（1899；英译本，19O4，第7章）中，彭加勒解释了赫兹的实验如何在麦克斯韦的
理论与它的对手之间提出了“实验难题”。这两种理论都一致同意许多被证实的预言
（例如，电干扰沿一导线传播的速度与光速相同，电磁干扰通过空间传导），它们就这
些作用在空间中传播的时间则有不同意见。假若不存在麦克斯韦的“位移电流”，那么
传播就应当是瞬间的。但是，根据麦克斯韦的理论，在空气或真空中的传播速度，应当
与沿导线传播的速度为同一速度——也就是说，它应当与光速相同。因此．彭加勒提出
了这样一个问题：“因而，这里是一个实验难题：我们必须测定，电磁干扰以什么速度
依靠感应通过空气传播。如果这个速度是无穷大的，那么我们就必须遵循旧的理论；假
如它与光速相等，那我们就必须接受麦克斯韦的理论。”赫兹最初的实验并没有提供一
个容易的答案。实验的结果“似乎无可否认地驳斥了旧的电动力学理论”，但是，“又
似乎谴责了麦克斯韦的理论”。在1899年的著作中，彭加勒说，“这个失败仍然不能获
得令人满意的解释”。他推测，赫兹用了一面“对于波长来说过于小的”反射镜，所以，
“折射反而扰乱了所观察的现象”。无论怎样，后来的实验（首先是萨拉森和德拉里夫
进行的实验）无可辩驳地证明，麦克斯韦的理论是正确的。这标志着以远距离瞬时作用
为基础的理论的终结，并且表明，人们开始普遍接受麦克斯韦范式中场的理论，以及与
光速相等的有限的传播速度。因此，法拉第…麦克斯韦理论上的革命转变成为法拉第…麦
克斯韦…赫兹科学中的革命。
　　　　对这次革命的证明
　　　　在1888年，赫兹把他关于电波的实验的最后结果通知了亥姆霍兹。在这一年所作的
一个演讲中，亥姆霍兹（1907，3）谈到“法拉第…麦克斯韦的思想”在理论物理学（
“以太的理论物理学”）中所引起的一场“完全的革命”（eine　vollstandige　Umwalz
ung）。然后，亥姆霍兹（p。4）用类似库恩的语言，讨论了电学理论很可能要首先经历
的“危机”（“eine　Krisis，die　erst　durchgemacht　werden　muss”）。但是，亥姆
霍兹所说的“危机”和“革命”与库恩所说的“危机”和“革命”之间的区别在于，亥
姆霍兹似乎已经看到了从“革命”中出现的“危机”，而且所处的条件也与从前不同了。
　　　　关于“革命”的一个比较谨严的表述见于1894年奥古斯特·福普尔的教科书《麦克
斯韦电学理论入门》。爱因斯坦在苏黎世做学生时，正是从这本教科书中学到了麦克斯
韦的理论。（霍尔顿在1973年的著作中（205－212）对福普尔在爱因斯坦思想发展中的
重要作用作了探讨。）在该教科书的序言中，福普尔强调赫兹如何不仅证明了电磁波的
存在（和速度），而且在理论上确立了一个“转折点”，它强有力地使物理学家们摆脱
了以远距离作用量为基础的（韦伯和其他人的）旧理论。赫兹的发现使“舆论产生了转
变”（“Umschwung　der　Meinungen”），导致了“舆论的逆转”＇即颠倒；而且可能是
一场革命性的变革］（iii，iv）。
　　　　不久，法国哲学家、科学家皮埃尔·迪昂也提出了类似的看法。迪昂的探讨是更为
有趣的，因为，他不仅是一位著名的科学家和卓越的哲学家，而且还是一位知名的科学
史学家。他声称他的著作对麦克斯韦的电理论进行了“历史的和批判的研究”。在描述
麦克斯韦著作的影响时，迪昂（1902，5）接连用了两个术语：‘bouleverser’（使动
荡，使震惊）和‘revolution’（革命）——这正是我们在后来恩格斯《反杜林论》法
文版中由德文‘Umwalzung’（革命）迻译过来的相同的两个词。迪昂直率地说，“这场
革命是一位苏格兰物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦努力的结果”（1902，5）。在一
段关于历史的题外话中，迪昂特别指出，“麦克斯韦推翻了理论物理学据以发展的自然
秩序；但是，在他的有生之年，他没有未得及看见赫兹的发现使他的大胆假设转变成为
一个先知者的预言”（p。8）。在对麦克斯韦的第一篇论文的讨论中，迪昂比较了电现象
与一种流体在阻抗介质中的运动。与此同时，他发现，麦克斯韦的语言似乎表明，“使
物理学的这一学科革命化”根本就不是“他的意图”（p．55）。迪昂还高度赞扬路德维
希·玻尔兹曼在1891年和1893年发表的著作。在这些著作（论文）中，玻尔兹曼试图
“用全新的概念，建构一个在其中可以合乎逻辑地把麦克斯韦的方程式联系在一起的体
系”，而且迪昂认为，这个体系是排除在麦克斯韦本人提出他的不同方程式的过程中的
一个主要问题的途径。迪昂发现，在麦克斯韦的那一系列方程式中，充满“矛盾和谬误”
（pp．223－224）。
　　　　在迪昂讨论麦克斯韦和革命一年之后，约翰·西奥多·默茨出版了其《19世纪欧洲
思想史》的第2卷（1903年）。在这一卷中，他把麦克斯韦关于电磁理论的论文看作是一
套“革命的丛书”，并且指出，“麦克斯韦的思想对科学的——不但如此，甚至公众的
——思想的发展产生了相当大的影响”（pp．77－78，88）。
　　　　我已经提到爱因斯坦连续用革命的术语谈论麦克斯韦。在1920年的一次谈话中（莫
斯科夫斯基1921，60），爱因斯坦对麦克斯韦的革命作了如下概括：
　　　　经典力学把所有电的和力学的现象归之为粒子相互间的直接作用，而不考虑它们彼
此间的距离。对这种最简单的定律牛顿是这样表述的：“引力等于质量的乘积除以距离
的平方”（引力与两物质粒子的质量乘积成正比，而与它们之间距离的平方成反比）。
与此截然不同，法拉第和麦克斯韦引入了一种全新的物理实在，即力场。这些新的实在
的引入，给予我们以极大的助益，以致于与我们的日常经验相违背的远距离作用的概念
首先变得不必要了，因为，场从一个点到另一个点附着于整个空间之中，没有任何中断
或间隔。其次，场的定律，尤其是就电而言，呈现为一种比在不设想任何场的存在的条
件下要简单得多的形式，而且只有质量和运动才被看作是实在。
　　　　在他的“自传笔记”中（希尔1949，32－33），爱因斯坦详尽阐述了这个主题：
　　　　在我的学生时代，最迷人的主题就是麦克斯韦的理论。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，“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”，因为“它推翻了牛顿的主要教条——向心力的教条”。
　　　　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：“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”。此外，“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”。在分析18
75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“我们也许过于自信麦克斯韦的看法固有的真理和单纯”。既然
我们“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”’，那么，为什么还要进行这样一个“肯定将占用和耗费大量时间和劳动”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“结果”将是“一个定论”。但是，舒斯特说，卡文迪什实验室的年轻人“错了”，
因为他们“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”。
　　　　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“发挥了最大作用”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
明，历史学家的评判，科学家们的看法。第四次检验——物理学思想的记录——表明，
麦克斯韦的革命（或者说，法拉第、麦克斯韦利赫兹的革命）是由18世纪和19世纪的经
典物理学向2世纪新的相对论物理学和量子论转变过程中的一个重要因素。像牛顿革命以
及采用和推广了理解外部世界现象的新方法的科学中的其他革命一样，它也是人类思想
中的一场伟大革命。

第二十一章　一些其他的科学发展

　　　　达尔文和麦克斯韦的革命，并不是在他们所处的时代被认为是革命性的而在我们今
天所处的时代仍可能被普遍认为是革命的生物学和物理学中唯一的剧变。历史学家和科
学家在从数学和统计学到地质学和医学等领域中，提出了19世纪科学革命的许多候选者。
在这一章中，我们将简短考察一下这其中的一些发展，最后再概括地说一下应用科学领
域中的伟大革命。
　　　　赖尔在地质学中的革命
　　　　在考察19世纪期间地球科学中的进步时，伦纳德·威尔逊所举出的实例是“在1841
年之前”所发生的“地质学中的革命”。在这一年，赖尔创立了他的“均变说”；他在
其3卷本《地质学原理》（1830－1833）中对这一学说和理论作了详尽阐述。正如赖尔在
1829年的一封信中所解释的，他的目标是宏伟的（威尔逊，1972，256）。他说，尽管他
的书“不敢妄想对地质学中所有已知的东西作出概括”，但是，它“将努力确立起科学
中的推理原则，而且，作为对我关于那些原则的看法的描述，作为巩固由于接受这些原
则而必然产生的体系的证据，整个我的地质学将呈现在人们面前”。从根本上说，他认
为，“除了那些现在发生作用的原因外，从我们可以追忆的远古一直到目前，无论什么
东西，都不曾有任何原因发生过作用。而且那些现在发生作用的原因，也从未发生过与
它们现在所发挥的作用的能量不同的作用”。威尔逊认为，他书中的第17章，“以‘依
据现在发挥作用的原因解释他表以前的变化’为题，实现了这一诺言”（p．280入此外，
赖尔在该书中还用四章的篇幅陈述了“显然是新的和创造性的思想”。威尔逊断言，这
本书是“革命性的”（p．280，281，293），因此前进了一大步。他同时还强调指出，
这本书是造诣精深的，而且人们争相购买。我们可以补充说，这本书的不同版本接连不
断地问世（第2版，3卷本，1832－1833；第3版，4卷本，1834），说明了人们对该书的
兴趣以及该书具有的重要性。因此，显然，如果这确实是一场革命，那么它就不只是论
著中的一场革命。
　　　　但是，并非所有研究地质学的史学家都赞同威尔逊的结论：“赖尔在人们关于地球
历史的思想中开始了一场革命”（p．293）。在对威尔逊传记的一篇评论中（载1973年
6月5日《科学》，179：57－58），塞西尔·施奈尔论述了人们可以用来“驳斥传记作者”
的证据，而且他认为，“赖尔的均变论思想并没有多少新颖之处，而且，就说他的思想
是革命性的思想的根据而言，它们对于正在出现的世俗的世界史也是无关紧要的”。的
确，威尔逊所引证的任何断言赖尔的《地质学原理》是革命性的或引起革命的评论家或
同时代的阐释者的论述，并没有证实他自己的判断。然而，正如我们已经看到的，只是
在赖尔的论著第一卷发表20年之后，查尔斯·达尔文在《物种起源》第9章接近开始的地
方（1859，282）才对“赖尔爵士关于地质学原理的宏篇巨著作了评价”。达尔文说，
“未来的史学家将会认识到，它在自然科学中引起了一场革命”。在1844年的一封致伦
纳德·霍纳的比较早的信中（达尔文，1903，2：117，见下文第29章所引），达尔文对
这样一种说法作了解释。达尔文在信中说，在读了赖尔的书之后，人们就会认为甚至新
的现象“都是由他发现的”。关于赖尔革命的另外一个同时代的证明见于天文学家和哲
学家约翰·赫歇尔1836年2月20日致赖尔的一封信。在该信中，赫歇尔说：“在我看来，
你的《地质学原理》是那些在其学科中引起完全的革命的著作之一”（见巴贝奇，1938，
n．l，p．226）。
　　　　既然赖尔的地质学被他的同时代人视为革命性的学说，因此，一个决定性的历史考
验是，此后地质学及其姊妹学科古生物学的历史是否表明赖尔的著作发挥了与一场革命
相当的作用。我认为，这是不成问题的。历史学家之间的争论反而集中在赖尔在多大程
度上作了创新这一问题。在科学之中，绝对的创新似乎并不是革命的一个明确规定的特
点。大多数（即使不是全部）革命表现出连续性的特点，因此，甚至科学中最激进的思
想，都一次又一次地证明不过是对现存的传统思想的改造。（1980年我在《牛顿的革命》
中对这个主题作了充分的发挥。）这是科学的一个如此明显的独有的特征，以致像阿尔
伯特·爱因斯坦这样的某些科学家最终认为他们的著作展现的是进化而非革命：对已知
的或为人们所相信的东西的彻底改造或调整，而不是发明或创造某种新的东西。唯—一
个反对人们说发生了一场赖尔革命的意见是，地球科学中的所有思想或观点，并不都是
以他提出的思想为条件的，但是，严格说来，这将限制那场革命的范围和作用，但并木
是全然否定它的
　　　　生命科学中的进步
　　　　在一本题为《19世纪的生物学》（1977）的研究著作中，威廉·科尔曼论述了生命
科学中许多重要的革命。他对病理解剖学家“使传统的局部解剖学和器官解剖学的事业
革命化”的行动与细胞理论后来对病理解剖学的改造作了比较（p．20）。特别是他让我
们注意巴黎医院中的医生们在1800年前后“由于把对尸体的事后生理调查分析与对患者
的痛苦的临床描述”结合起来，而“在医学中引起的一场革命”。在论“人”的一章中，
科尔曼一开始就断言，在拉马克和海克尔之间发生了“一场人对其过去的意识中的一场
革命”（p．92）。就此而言，科尔曼发现涂尔干的结论“确实是革命性的”（P．114）。
在论“功能：动物机器”一章中，他描述了四位德国“还原论者”1847年是如何在柏林
相遇的。这一年，正是“革命爆发的前一年，而且，与此有关，人们计划在生理学的抱
负和方法论中进行一场革命”（p．151）。该书最后说明了19世纪末的情况，并且考察
了“对于生物学问题倾向于公开坚持一种生理学观点的生物学的新成员”。实验生理学
“确立了一种在实验中”理解“生命过程，日常的每时每刻都在发生着的事件——其总
和就是生命——一的典型方法”。凭实验之名，科尔曼断言，“使生物学的目标和方法
革命化的一场运动已经开始”。
　　　　1858年，鲁道夫·卡尔·菲尔绍发表了他的巨著《细胞病理学》；今天的许多人认
为，这部著作预示着生物学中一场革命的到来。尽管人们对此并未普遍表示赞同，但是，
几乎无可怀疑的是，菲尔绍的理论引起了医学的生物学基础中的一场革命——菲尔绍本
人曾表明这一点。菲尔绍对于我们具有特别的意义，因为他把其作为一个激进的改革者
的积极的政治生涯与他在医学病理学中的科学生涯结合在一起。1848年初，他奉政府派
遣到西里西亚调查当时该地一次斑疹伤寒的爆发，（正如他本人告诉我们的）他对波兰
少数民族朝不保夕的生活条件感到极大震惊。这一次经历使他由一个持有自由主义社会
和政治信念的人转变成为一个倡导进行广泛的社会和经济改革的激进主义者。所以，并
不奇怪，他参加了柏林的起义；这些起义是整个1848年革命的一部分，并且进行了巷战。
之后，他成为柏林民主大会的成员并且编辑发行《医学改革》周刊。
　　　　由于其革命的政治活动，他被取消了在柏林的学术地位，因此，他被迫移居维尔茨
堡。1849年被任命为德国病理解剖学这一新学科的首任教授。在这里，他获得了作为科
学家的重要地位，发展了我们所说的“细胞病理学”的概