相對論 與牛頓和愛因斯坦并駕齊驅的麥克斯韋,為什么感覺差了一大截

承前啟后的人和事,都不會太出名之前的雖然過時,卻早已輝煌歷史;之后的照亮現在,則是成了當下記憶。夾在中間的人和事,只有嚴肅而系統的求知者才會關注他們偉大與不朽。麥克斯韋,就處在這么一個位置上。

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但,比不過牛頓和愛因斯坦,也不能全怨在位置上。在思想和開創性上,麥克斯韋真得沒法與牛頓和愛因斯坦比。牛頓三大定律,是三個數學公式,但也是三條物理解釋。可以將其概括為一句話,那就是:勻速直線運動和靜止其實是一回事,只是力改變了他們的狀態。不要小瞧牛頓三大定律的三句話,牛頓實現了一種從0到1的飛躍,以此為基礎搭建了整個近代物理學大廈。而且,牛頓的成就遠不止三大定律,還有微積分、光粒子說,以及將力學和微積分運用到天文學。

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所以,詩人亞歷山大·波普才會說:自然和自然律隱沒在黑暗中;神說,讓牛頓去吧!萬物遂成光明。牛頓這種成就,幾乎無人能夠撼動。但是,長江后浪推前浪,后浪一定要趕上來。于是,接下來就輪到麥克斯韋出場了。麥克斯韋提出了一組四個方程式,用來描述電磁現象。也可以將其概括為一句話:電和磁實際上是一回事,變化的電場產生磁場、變化的磁場產生電場。

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但是,這里面蘊含著一個重大發現,這個發現卻給當時的物理學界制造了巨大麻煩。而這個麻煩連麥克斯韋也沒能想明白。既然電和磁是一回事,變化的磁場產生電場、變化的電場產生磁場,那么一個產生振蕩電流的線圈,就會產生一個周期變化的磁場,接著磁場產生電場、電場產生磁場。如此循環往復下去,這會是什么呢?這就是電磁波。而通過計算,麥克斯韋發現電磁波的速度和光速是一樣的。于是,得出結論:光就是一種電磁波。

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但是,麻煩馬上出現。在伽利略的相對論中,已經出現了坐標的概念。速度必須放在坐標中討論才有意義。你騎在馬上射出一支箭,以你為坐標,箭的速度是50米每秒。但是,以目標為坐標,就得是箭的速度加上馬的沖擊速度。假如馬的速度是20米每秒,那么,弓騎手你射出去的箭,其速度就是70米每秒。但是,光這種電磁波,它的速度到底是相對于誰呢?你站著不動打出去一束光,是30萬米每秒(取通常約數);你騎在每秒20米的戰馬上打出去一束光,也是30萬米每秒,而不會是30萬加20米每秒。這個麻煩就是:光速到底是相對于誰的?直到愛因斯坦提出了相對論,這個問題才被解釋清楚。

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光的速度永遠不變,不管你是騎在馬上射出去一道光、還是在高速飛行的宇宙飛船上射出去一道光,光速永遠是c。這是愛因斯坦的斷言,而愛因斯坦的解釋:不是光速出了問題,而是你的時空觀出了問題。其中愛因斯坦做了一系列的數學推導,這里就不說了。把這些復雜的數學推導通俗化,就是:運動物體的時間會變慢。而伽利略的相對性和牛頓力學,只是低速運動下的特例而已。牛頓有數學,也有思想,開創了科學的新時代;愛因斯坦有數學、也有思想,而且把物理學帶入了新時代。夾在中間的麥克斯韋卻只有一組方程式的數學和一個電磁波的發現。所以,從思想和開創性上,麥克斯韋差了一大截。但,麥克斯韋不重要嗎?很重要,因為沒有麥克斯韋的理論就不會有愛因斯坦的相對論。所以,費曼才會說:麥克斯韋發現電動力學定律將被判定為19世紀最重要的事件。與這一重要科學事件相比,發生于同一個10年中的美國內戰,將褪色而成為只有區域性的意義。在費曼看來,麥克斯韋的電動力學比持續10年的美國內戰更有意義。所以,麥克斯韋也是一個偉大的英雄。牛頓和愛因斯坦值得被記住,麥克斯韋也值得被記住。

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