相对论 与牛顿和爱因斯坦并驾齐驱的麦克斯韦,为什么感觉差了一大截

承前启后的人和事,都不会太出名之前的虽然过时,却早已辉煌历史;之后的照亮现在,则是成了当下记忆。夹在中间的人和事,只有严肃而系统的求知者才会关注他们伟大与不朽。麦克斯韦,就处在这么一个位置上。

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但,比不过牛顿和爱因斯坦,也不能全怨在位置上。在思想和开创性上,麦克斯韦真得没法与牛顿和爱因斯坦比。牛顿三大定律,是三个数学公式,但也是三条物理解释。可以将其概括为一句话,那就是:匀速直线运动和静止其实是一回事,只是力改变了他们的状态。不要小瞧牛顿三大定律的三句话,牛顿实现了一种从0到1的飞跃,以此为基础搭建了整个近代物理学大厦。而且,牛顿的成就远不止三大定律,还有微积分、光粒子说,以及将力学和微积分运用到天文学。

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所以,诗人亚历山大·波普才会说:自然和自然律隐没在黑暗中;神说,让牛顿去吧!万物遂成光明。牛顿这种成就,几乎无人能够撼动。但是,长江后浪推前浪,后浪一定要赶上来。于是,接下来就轮到麦克斯韦出场了。麦克斯韦提出了一组四个方程式,用来描述电磁现象。也可以将其概括为一句话:电和磁实际上是一回事,变化的电场产生磁场、变化的磁场产生电场。

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但是,这里面蕴含着一个重大发现,这个发现却给当时的物理学界制造了巨大麻烦。而这个麻烦连麦克斯韦也没能想明白。既然电和磁是一回事,变化的磁场产生电场、变化的电场产生磁场,那么一个产生振荡电流的线圈,就会产生一个周期变化的磁场,接着磁场产生电场、电场产生磁场。如此循环往复下去,这会是什么呢?这就是电磁波。而通过计算,麦克斯韦发现电磁波的速度和光速是一样的。于是,得出结论:光就是一种电磁波。

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但是,麻烦马上出现。在伽利略的相对论中,已经出现了坐标的概念。速度必须放在坐标中讨论才有意义。你骑在马上射出一支箭,以你为坐标,箭的速度是50米每秒。但是,以目标为坐标,就得是箭的速度加上马的冲击速度。假如马的速度是20米每秒,那么,弓骑手你射出去的箭,其速度就是70米每秒。但是,光这种电磁波,它的速度到底是相对于谁呢?你站着不动打出去一束光,是30万米每秒(取通常约数);你骑在每秒20米的战马上打出去一束光,也是30万米每秒,而不会是30万加20米每秒。这个麻烦就是:光速到底是相对于谁的?直到爱因斯坦提出了相对论,这个问题才被解释清楚。

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光的速度永远不变,不管你是骑在马上射出去一道光、还是在高速飞行的宇宙飞船上射出去一道光,光速永远是c。这是爱因斯坦的断言,而爱因斯坦的解释:不是光速出了问题,而是你的时空观出了问题。其中爱因斯坦做了一系列的数学推导,这里就不说了。把这些复杂的数学推导通俗化,就是:运动物体的时间会变慢。而伽利略的相对性和牛顿力学,只是低速运动下的特例而已。牛顿有数学,也有思想,开创了科学的新时代;爱因斯坦有数学、也有思想,而且把物理学带入了新时代。夹在中间的麦克斯韦却只有一组方程式的数学和一个电磁波的发现。所以,从思想和开创性上,麦克斯韦差了一大截。但,麦克斯韦不重要吗?很重要,因为没有麦克斯韦的理论就不会有爱因斯坦的相对论。所以,费曼才会说:麦克斯韦发现电动力学定律将被判定为19世纪最重要的事件。与这一重要科学事件相比,发生于同一个10年中的美国内战,将褪色而成为只有区域性的意义。在费曼看来,麦克斯韦的电动力学比持续10年的美国内战更有意义。所以,麦克斯韦也是一个伟大的英雄。牛顿和爱因斯坦值得被记住,麦克斯韦也值得被记住。

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