第十二章 光学和电学_科学与假设

菲涅耳理论。在物理学的发展中，人们能够选择的最好例子 [2] 就是光理论以及它与电理论的关系。多亏菲涅耳，光学才成为物理学中得到最充分发展的一部分；所谓的波动说形成了确实使我们心满意足的一个整体。然而，我们不必向它要求它不能够给予我们的东西。

数学理论的目标并不在于向我们揭示事物的真实本性；这是没有道理的要求。它们的唯一目的是协调实验向我们揭示出的物理学定律，但是若没有数学的帮助，我们甚至不能陈述</a>这些定律。

以太是否真正存在，并没有什么关系；这是形而上学家的事务。对我们来说，主要的事情是，一切都像以太存在那样发生着，这个假设对于说明现象是方便的。归根结底，我们有任何其他理由相信物质客体的存在吗？那也仅仅是一个方便的假设；只是这个假设永远是方便的，而以太在某一天无疑却要被作为无用的东西抛弃。然而，即使在那一天，光学定律以及用解析法变换它们的方程依然为真，至少是一级近似。于是，研究把这一切方程联合起来的学说将总是有用的。

波动说建立在分子假设的基础上。对于那些以为他们如此发现了在定律之下的原因的人来说，这是有利条件。对于其他人而言，这却是怀疑的理由。但是，在我看来，这种怀疑像前者的幻想一样，似乎都是不可靠的。

这些假设只起了次要的作用。人们可以牺牲它们。人们通常没有这样做，因为那样会使说明失去明晰性，但是，这是唯一的理由。

事实上，如果我们较为仔细地去观察，那么就会看到，人们只从分子假设借用了两件事：能量守恒原理和方程的线性形式，这是小运动的普遍定律，犹如一切小变化的普遍定律。

这说明了，当我们采纳光的电磁理论时，菲涅耳的大多数结论为什么依然不变。

麦克斯韦理论。我们知道，麦克斯韦用密切的结合物把直到当时还完全互不相干的物理学的两部分——光学和电学——联系起来了。由于菲涅耳的光学这样融合到更宽广的整体中、融合到更高级的和谐中，因而它依然是充满活力的。它的各部分继续有效，各部分的相互关系还是相同的。唯有我们用来描述这些关系的语言变化了；另一方面，在光学的不同部分和电学领域之间，麦克斯韦向我们揭示出以前未曾料到的其他关系。

当法国读者 这个例子将足以使我涣然冰释；本来我还可以引用许多其他例子。于是，在读到专论磁致旋转偏振的书页时，谁会怀疑光现象和磁现象之间存在着等同性呢？

因此，人们不要自以为他能够避免一切矛盾；人们必须顺从它。事实上，倘若人们不把两种矛盾的理论混在一起，如果人们不在它们之中寻求事物的基础，那么它们二者都可以成为有用的研究工具；假如麦克斯韦没有向我们开辟如此新颖、如此歧异的路径，也许我们在读他的书时不会受到什么启发。

然而，基本观念却因而变得不大分明了。迄今，虽然这种情况多数出现在通俗书刊中，但这毕竟是完全被撇在一边的唯一之点。

因此，我感到，最好使它的重要性突现出来，我应该说明这个基本观念在何处。可是，为此必须作简短的讨论。

物理现象的力学说明。在每一个物理现象中，都存在着若干实验能直接达到、而且容许我们测量的参数。我将称这些参数为q。

其次，观察告诉我们这些参数的变化规律；这些规律一般能够以微分方程的形式提出，这些微分方程把参数q与时间联系起来。

要给这样的现象以力学说明，必须做什么呢？

人们将试图用普通物质的运动，或者用一种或多种假想的流体来解释它。

这些流体将被认为是由为数极多的孤立的分子m构成的。

我们何时能说我们对现象有了完备的力学说明呢？其时机在于：一方面，要待我们知道这些假想的分子m的坐标所满足的微分方程式，而且这些方程必须符合动力学原理；另一方面，要待我们知道把分子m的坐标定义为参数q的函数之关系才行，这些参数q是可由实验得知的。

正如我说过的，这些方程必须符合动力学原理，尤其要符合能量守恒原理和最小作用原理。

这两个原理的 同样的精神在整个著作中无处不有。基本的东西，也就是说对所有理论必定是共同的东西，已被突现出来；只能适合于特殊理论的一切几乎总是默默而过。这样，读者发觉自己面临着几乎没有内容的形式，起初他被诱使把它视为是不可捉摸的、飘忽不定的影子。但是，他的艰难尝试被宣布为劳而无功，这迫使他进行思考，他终于弄明白，在他以前只是感到奇怪的理论结构中，往往有相当人为的成分。

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[1] 这一章是我的下述两部著作的序言的部分复印：《光的数学理论》（Théorie mathématique de lumière，Paris，Naud，1889）和《电和光学》（Electricité et optique，Paris，Naud，1901）。

[2] 我补充说，U将仅取决于参数q，T将取决于参数q和它们对于时间的导数，而且对于这些导数是二次齐次多项式。