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1931年10月,劍橋大學舉行了麥克斯韋誕辰一百年紀念會,尼爾斯·玻爾在會上發表了一篇有關麥克斯韋和現代理論物理的演講。玻爾指出麥克斯韋的電磁學理論為人類了解原子世界作出了貢獻,也為創立量子理論提供了基礎。雖然量子理論超越了麥克斯韋的學說,但量子力學中的分析手段離不開麥克斯韋的理論,尤其是在建立光量子能量和動量之間的關係時。玻爾認為麥克斯韋的理論在物理學中的核心地位不會喪失,因為量子物理定律中的公式都是按照麥克斯韋所描述的經典世界創建的。
我們都知道,原子理論的迅速發展使我們現在已經不能再像原來那樣直接利用麥克斯韋的理論來解決原子內部的問題。但我要強調的是,正是因為有了光的電磁學理論,我們才可能去分析輻射現象,才可能認識到自然法則的一個全新特徵。的確,普朗克關於量子行為的重要發現使我們必須從根本上修正自然科學中的所有觀念。但即便如此,麥克斯韋的理論仍然能為我們的研究工作提供必不可少的指導。由電磁學理論可以推出輻射能量與動量之間的關係,而我們可以利用這種關係來解釋康普頓效應,雖然愛因斯坦的光子理論明確指出康普頓效應與經典理論之間存在著明顯的區別。麥克斯韋的理論在原子理論後來的發展中仍然具有一定的指導意義。儘管盧瑟福勳爵對原子結構的完整描述說明普通力學和電動力學具有極大的局限性,但想在這一領域進一步拓展就必須儘可能緊密地聯繫牛頓和麥克斯韋的經典理論。
乍看起來,我們似乎需要從本質上對麥克斯韋的理論進行修正,甚至有人指出,應該在麥克斯韋著名的自由空間電磁場方程中加入新項。但麥克斯韋的理論高度自洽非常完美,人們無法對它進行這樣的修正。實際上,我們只能對整個理論進行一致化處理,更確切地說就是把麥克斯韋的方程翻譯成一種新的物理語言,這種新語言通過為麥克斯韋理論中的每一個特徵找到其在新形式下的對應特徵來反映基本物理過程中的不可分性。前一段時間,德布羅意、海森堡、薛丁格和狄拉克在量子力學或電動力學方面所取得的突破性進展已經在很大程度上實現了上述目標。
今天,當我們聽到物理學家們談論「電子波」和「光子」的時候,這些概念似乎已經完全脫離了牛頓和麥克斯韋建立起來的理論基礎;但是我認為,大家都會同意這樣一個觀點:這些新觀念雖然發揮了很大的作用,但它們不過是一種用來說明量子理論特殊性的便捷方法,缺乏一般意義上的形象化特徵。不要忘記,只有關於物質粒子和電磁波的經典觀念得到了實際的應用,而光子和電子波的概念還沒有應用到實踐中。應用受到限制的主要原因是由於存在量子效應,不可能認為觀察到的現象與所用的儀器無關。作為一個例子,我想談一下麥克斯韋理論最著名的應用,也就是在無線電傳輸領域中的應用。認為電磁波由光子組成只不過是形式上的說法而已,因為我們在發射和接收電磁波的時候是無法確定電磁波中包含的光子數目的。因此我們可以說,以計數為本質的光子概念已經徹底不復存在了。
為了進一步說明問題,我們可以想像一下如果嚴格符合量子力學規律的電子衍射和光子效應是在麥克斯韋和法拉第的工作問世之前就已經發現了,那將出現什麼樣的情況呢?當然,這種情況是不可能出現的,因為用來解釋以上實驗發現的理論是以麥克斯韋和法拉第這兩人的理論成果為依據的。不過,我們還是可以發揮一下我們的想像力,問問自己,如果沒有麥克斯韋和法拉第的理論,科學會處於一個什麼樣的水平。我想如果說我們應該在牛頓和惠更斯認為光是一種物質的理論上加以拓展,這並不為過。事實上,我們應該意識到的是,對任何測量結果的準確解釋都必須建立在經典物理理論的框架之內,從這個意義上我們可以說,牛頓和麥克斯韋的語言仍將是物理學家們的通用語言。