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我们似乎用手指接触到以太。
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可是,还可以构想出使我们更密切地接触到以太的实验。假定牛顿的作用与反作用相等原理唯有用于物质时不再为真,并假定我们已确立了这一点。那么,施加在所有实物分子上的全部力的几何和就不再是零了。因此,如果我们不希望改变整个力学,那就必须引入以太,以便使物质表观上经受的这种作用与物质对于某种东西的反作用相平衡。
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或者再假定,我们发现,光现象和电现象受地球运动的影响。我们可能被导致得出结论说,这些现象不仅可以向我们揭示物体的相对运动,而且这似乎是它们的绝对运动。另一方面,以太也许是必要的,以便这些所谓的绝对运动不是物体相对于空虚空间的位移,而是物体相对于某种具体东西的位移。
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我们究竟能达到这一点吗?我没有这种希望,我将马上说出其中的缘由来,可是这种希望并不是荒诞不经的,因为其他人也曾有过它。
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例如,如果洛伦兹(Lorentz)理论——我将在第十三章进一步详细地谈论它——为真,那么牛顿原理就不可能仅仅应用于物质,差别决不是实验不可接近的。
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另一方面,人们就地球运动的影响已做出了许多研究。结果总是否定的。但是,人们之所以进行这些实验,是因为他们不敢预先确信这个后果,事实上,按照流行的理论,补偿只可能是近似的,人们也许期望看到精确的方法给出肯定的结果。
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我认为,这样的希望是虚幻的;表明这类成功多少会向我们打开一个新世界,这是人人都感兴趣的。
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现在,必须容许我说几句题外话;事实上,我必须说明,尽管有洛伦兹,但是我为什么不相信更精密的观察任何时候都能证明除物体的相对位移之外的任何东西。人们已经做了许多实验,这些实验揭示了一阶项;结果是否定的;这会是偶然的吗?没有一个人接受这一点;人们企图找出普遍的说明,洛伦兹找到它;他表明,一阶项必然相互抵消,但二阶项则不然。于是,人们做了更精密的实验;它们也是否定的;它们也不是偶然性的作用;必须做出说明;说明被找到了,假设总是找得到的;从来也不缺少假设。
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但是,这是不够的;谁不感到这还是把过大的作用留给偶然性呢?设某一境况正好在关键时刻应该最终消除一阶项,而另外的、截然不同的、但恰恰却是适时的境况应该承担消除二阶项,引起这一切的奇异的一致也不会是偶然的吗?是的,对于这两种境况,必须找到相同的说明,因此每一件事都导致我们认为,这种说明将同样完好地适用于高阶项,而且这些项的相互抵消将是严格的、绝对的。
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科学的现状。在物理学发展史中,我们可以区分两种相反的趋势。
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一方面,在有些似乎注定永远毫无联系的客体之间,正在不断地发现新的结合物;散乱的事实彼此不再陌生了;它们倾向于使自己排列成庄严的综合。科学向统一性和简单性进展。
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另一方面,观察每天都向我们揭示出新现象;它们必须长久地等待它们的位置,有时为了给它们谋求位置,人们必须拆毁大厦的一角。正是在已知的现象本身中,我们粗糙的感官向我们指出了一致性,我们日复一日地察觉到更多变化的细节;我们以为简单的东西变复杂了,科学似乎向多样性和复杂性进展。
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这两种相反的趋势似乎轮番凯旋,但是哪一个将最终赢得胜利呢?倘若是前者,科学则是可能的;但是没有什么东西先验地证明这一点,而且人们完全可能有理由担心,在蛮横地强使自然界屈从我们的统一性理想的徒劳努力之后,我们却被不断高涨的新发现的洪流所淹没,于是我们必须放弃对它们进行分类,抛弃我们的理想,把科学变成无数处方的登记。
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对于这个问题,我们不能回答。我们所能做的一切就是观察今日的科学,并把它与昨天的科学进行比较。我们无疑可以从这种审查中汲取某种激励。
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半个世纪之前,希望继续高涨。能量守恒及其转化的发现向我们揭示了力的统一。这表明,热现象可以用分子运动来说明。人们虽然没有确切地了解这些运动的本性是什么,但是没有人怀疑不久就可以知道它。至于光,任务似乎圆满地完成了。涉及到电,事情并未有多大进展。电刚刚兼并了磁。这是迈向统一的引人注目的一步,是决定性的一步。
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但是,电本身应该如何进入普遍的统一,它应该如何还原为万能的机械论呢?
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对此,人们还没有任何设想。可是,谁也不怀疑这种还原的可能性,人们曾对它充满信仰。最后,就物体的分子性质而言,还原似乎还比较容易,但是全部细节依然不明确。一句话,希望是远大的、生气勃勃的,但却是模糊的。今天,我们看到了什么呢?首先,是基本的进步、长足的进步。电和光的关系现在已知了;光、电、磁这三个原来分开的领域现在仅形成一个领域;而这种兼并似乎是最终的。
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然而,这种胜利也使我们付出了一些代价。光现象本身作为特例列在电现象之下;只要它们依然是孤立的,就容易通过假想它们的全部细节均已知的运动来说明它们,那是当然的事情;但是现在,一种说明要是可以接受的,它就必须能够顺利地推广到整个电领域。可是,这却是一件并非没有困难的事情。
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我们取得的最满意的理论是洛伦兹理论,正如我们在第十三章将要看到的,洛伦兹用小带电粒子的运动来说明电流;无疑地,这是对已知事实做出最好说明的理论,是把为数最多的真关系阐明的理论,是在最后的建筑物中可以找到最多的遗迹的理论。然后,它还有我上面已经指出的严重缺点;它与牛顿的作用与反作用相等的定律是对抗的;或者确切地讲,在洛伦兹看来,这个原理不能单独地应用于物质;要是它是真实的,那就必须考虑以太对物质的作用和物质对以太的反作用。
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现在,从我们目前了解的情况来看,事情大概不会以这样的方式发生。
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不管怎样,多亏洛伦兹,斐索关于动体光学的结果、正常色散和反常色散定律以及吸收定律才找到它们相互间的联系,而且也找到与以太的其他特性的联系,这种联系无疑是通过永远也割不断的结合物连接在一起的。看看新的塞曼(Zeeman)效应已经方便地找到了它的位置,而且它甚至有助于分类法拉第(Faraday)的磁致旋光,而磁致旋光曾使麦克斯韦的努力落了空;这种方便充分地证明,洛伦兹的理论并不是注定要崩溃的人为的集合物。它恐怕必须被修正,却不会被消灭。
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但是,洛伦兹的目的无非是把全部动体光学和动体电动力学包容在一个整体内;他从来也没有妄求给它们一种力学说明。拉摩则更进一步;他在本质上保留了洛伦兹理论,可以说在它上面嫁接了麦卡拉(MacCullagh)关于以太运动方向的观念。
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在他看来,以太的速度像磁力一样,可能具有相同的方向和相同的大小。不管这种尝试多么巧妙,洛伦兹理论的缺点依然存在,甚至还加重了。就洛伦兹而言,我们不知道以太的运动是什么;由于这种无知,我们可以假定它们在补偿物质运动时重建作用与反作用相等。对拉摩来说,我们知道以太的运动,我们能够确定没有发生补偿。
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如果拉摩失败了——在我看来他好像是这样——这意味着力学说明不可能吗?远非如此:我在上面说过,当现象服从能量原理和最小作用原理时,就容许有无数的力学说明;因此,关于光现象和电现象,情况也是如此。
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但是,这还不够:要使力学说明是有效的,它必须是简单的;要在所有可能的说明中选择它,除了做出选择的必要性外,还应当有其他理由。可是,我们迄今还没有一种满足这个条件从而有某种效用的理论。我们必须为此而悲叹吗?那样就会忘记追求的目标是什么了;这不是机械论;真正的、唯一的目的是统一性。
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