电动力学的进化

产生万有引力体系的进化在数世纪的进程中缓慢地显露出来；因此，我们能够一步一步地追踪该观念逐渐成长到牛顿给予它的完美程度的过程。在理论体系的构造中终结的进化时常是极其浓缩的，几年足以从下述状态导致负载这个理论的假设：在这种状态中，假设几乎没有被勾勒成它们被完善的状态。

例如，在一八一九年，奥斯特发现电流对磁化的针的作用；在一八二○年，阿喇戈把这个实验告知科学院；在一八二○年九月十八日，科学院听取宣读学术论文，安培在其中介绍他刚刚演示的电流的相互作用；一八二三年十二月二十三日，科学院欢迎另一篇学术论文，安培在其中给电动力学和电磁学以它们明确的形式。一百四十年把《论天球旋转的轨道六卷》（哥白尼的主要著作）和《自然哲学之数学原理》（牛顿的《原理》）分隔开；不到四年把奥斯特的实验发表与安培论文的值得记念的宣读分隔开。但是，如果篇幅容许我们在本书中详细地叙述那四年时期的电磁学说的历史 ^[126] 的话，那么我们会在那里再次发现我们在天体力学进化中遇到的所有特征。我们不会找到安培的天才突然地囊括已经构成的庞大实验领域，并用自由的和创造性的决定选择可以描述这些观察资料的假设体系。我们将注意到踌躇、摸索、通过一系列的部分修正获得的逐渐进步，我们在把哥白尼与牛顿分隔开的三个五十年中看到这一切。电动力学的历史酷似万有引力的历史。构成这两个历史曲折的多重努力和反复尝试在第一个中比在第二个中更迅速地彼此相继；这是由于安培多产的幸运环境，在四年间几乎每个月都能听到向科学院提交一篇论文；这也是由于一群数学科学家明星、才智出众的物理学家和天才人物与他一起力图构造新学说，因为电磁学的历史不仅应该把奥斯特的名字，而且应该把阿喇戈、汉弗莱、戴维、毕奥、萨伐尔（Savart）、拉·里维（La Rive）、贝克勒尔（Becquerel）、法拉第、菲涅耳和拉普拉斯的名字与安培的名字联系在一起。

产生物理学假设系统的逐渐进化的历史时常是未知的，并将永远依然是未知的。它被浓缩在少数年份里，并被集中在一个心智之中；发现者像安培一样并未告知我们在他身上萌发的观念，尽管它们已经显露出来；他仿效牛顿的长期忍耐，等待他的理论在发表前呈现出比较完美的形式。我们可以肯定，他的发现起初浮现在他的心智中并不是这种最终的形式，最终形式是无数改进和修正的结果，在每一次改进和修正中，发现者的自由选择都以或多或少对他来说有意识的方式受到无限的外部和内部环境的引导或制约。

而且，理论的进化不管可能多么迅速和浓缩，不过总是可以注意到，长时期的准备在它出现之前；在第一个草案和完美的形式之间，中间的阶段可能逃脱我们的注意，以致我们想象我们正在观看自由的和突然的创造；但是，预备性的劳动造就了种子落下的有利土地；它使这一加速发展成为可能，这种劳动贯穿在数世纪的进程中。

奥斯特的实验足以激起强烈的、几乎是狂热的勤奋，这种勤奋工作在四年间就使电动力学成熟起来，但是这是因为在当时这个种子种在十九世纪的科学中，而后者为接受它、培育它和发展它显著地做好准备。牛顿已经宣布，天体吸引和磁吸引应该遵守类似于万有引力定律的定律；这一假定被卡文迪什（Cavendish）和库仑针对电吸引、被托比阿斯·迈尔和库仑针对磁现象转化为实验的真理；物理学家就这样习惯于把所有超距作用的力分解为与距离的平方成反比的基本作用，该距离是把这些力在其间施加作用的要素分开的距离。而且，对天文学家造成的各种问题的分析，把数学家引入这些力的构成提出的困难之中。拉普拉斯的天体力学正好概括了十八世纪的巨大数学成就；为处理天体运动而发明的方法在地上的力学的每一个方向都找到证明它们多产的机会，数学物理学做出惊人速度的进步。尤其是，泊松借助拉普拉斯构想的分析程序发展静电学和磁学的数学理论，而傅里叶在热传播的研究中发现使用同一程序的奇妙的机会。对物理学家以及对数学家来说，能够使电动力学现象和电磁学现象变得很清楚，数学家也被武装起占领它们和在理论中攻陷它们。

因此，对一组实验定律的沉思并不足以启发物理学家；为了给出这些定律的理论说明，他应该选择什么假设；同样必然的是，他生活于其中的那些人习以为常的思想，他先前的学习铭刻在他自己心智中的倾向，都前来指导他，限制逻辑法则留给他的选择的过大的自由。在环境为物理学家的天才准备构想将把这些实验定律组织成理论的假设之前，物理学有多少部分把纯粹经验的形式保留到这一天啊！

另一方面，当普适的科学的进程准备好充分构想一个理论的心智时，下述情况以几乎不可避免的方式、而且十分经常地以不可避免的方式出现了：相互不了解、在彼此相隔很远的地方从事他们的思考的物理学家，同时形成该理论。有人会说，观念在空中，被一阵风从一个国家刮到另一个国家，并准备使任何有意于欢迎它和发展它的天才多产，犹如花粉无论在哪里碰到成熟的花萼，它都会结果实一样。

科学史家在他的研究过程中不断地有机会注意到，同一学说在彼此相距很远的国家同时出现，然而不管这种现象多么频繁地发生，他从来也不能够毫不惊讶地凝视它。 ^[127] 我们已经有机会看到，万有引力体系同时在胡克、雷恩和哈雷的心智中形成，此时也正是在牛顿的心智中组织它之时。类似地，在十九世纪中期，罗伯特·迈尔在德国、焦耳（Joule）在英国、科尔丁（Colding）在丹麦，几乎同时阐明了热功当量原理；不管怎样，他们之中的每一个都不了解对手的思考，他们没有一个人猜想到，同一观念几年前在法国已在萨迪·卡诺（Sadi Carnot）的天才思想中达到早慧的成熟。

我们可以列举众多例子证明发现的惊人的同时性，但是我们将把我们自己限制在另外一个对我们来说似乎特别引人注目的例子中。

光在两种媒质界面上能够经历的全反射现象，在构成波动体系的理论结构中不容易被理解。菲涅耳在一八二三年给出描述这一现象的恰当公式，但是他是借助在物理学史中提到的最奇怪的和最非逻辑的预测得到它们的。 ^[128] 虽然他给予的精妙实验证实没有给怀疑他的公式的精确性留有任何余地，但是它们仅仅使期望在逻辑上可接受的假设——这些假设能够使它们附属于普遍的光学理论——变得比较称心如意。十三年间，物理学家未能发现这样的假设；最后，十分简单而完全未曾料到的、有独创性的“瞬息波”的考虑降临了，并把它应用于它们。现在，值得注意的事情是，瞬息波的观念同时浮现在四位不同的数学家的心智中，他们彼此相距太远，致使无法相互交流萦绕在他们心头的思想。柯西在一八三六年写给安培的一封信中首次阐明瞬息波的假设； ^[129] 格林（Green）在一八三七年把该观念通报给剑桥哲学学会， ^[130] 在德国F.E.诺伊曼在波根多夫的《年鉴》上发表它； ^[131] 最后，从一八四一年到一八四五年，麦卡拉使它成为提交给都柏林科学院的三个短论的论题。 ^[132]

这个实例在我们看来好像是充分阐明我们将要停留于其上的结论的十分恰当的实例：逻辑留给乐于选择假设的物理学家以几乎绝对的自由；但是，这种缺乏任何指导或法则并不能难倒他，因为事实上，物理学家并未选择他将使理论立足于其上的假设；他不选择它，就像花不选择将使它授精的花粉粒一样；花使自身满足于敞开它的花冠，让微风或昆虫带来结果实的生殖花粉；物理学家以同样的方式局限于通过注意和思考把他的思想向下述观念开放：该观念必定在没有他的情况下在他身上播下种子。当有人问牛顿，他是如何做出发现的，他回答说：“我在我面前持续地保留该课题，我一直等待第一丝微光缓慢而逐渐地开始破晓，直至变得阳光普照，万物明晰。” ^[133]

只是当物理学家清楚地看见他所得到但还未选择的新假设时，他的自由的和勤劳的能动性才开始发挥作用；因为现在的事情是把这个假设与已经承认的假设组合起来，得到为数众多的和各种各样的推论，并把它们与实验定律仔细比较。对他来说，迅速而准确地完成这些任务的时机到了；对他来说，不是构想一个新牌子的观念的时机来到了，而更多地是发展这个观念并使它结果实的时机来到了。