先把两个数放在一起看。
一个来自电学实验。人们用仪器测量电量,得到一个可以用于计算的量。另一个来自对光的测量:让光走一段已知的路,再想办法知道它走得多快。
在十九世纪六十年代,麦克斯韦把前一项测量带进自己的理论,算出了一个传播速度。它和后一种实验量出的光速很接近,都在每秒三十一万公里上下。
这不是今天光速的精确值,也不是两张记录最后一位都一样。当时的测量还在改进。值得停一下的,是两个数走来的路不一样:一边是电和磁,一边是光。
它们怎么会在这里碰面?
不是认出一个熟悉的数字
我们在生活里也会遇见巧合。朋友的生日和门牌号相同,两笔账刚好凑成一个整齐的数。人会高兴一下,未必因此发现了关系。
麦克斯韦这里多了一件事。他的理论不只是报出了一个像光速的数,还指出,有一种电磁扰动能够传播;在相应的条件下,它应该以这个速度传播。那个数不是为了贴近光速,事后从许多答案里挑出来的。
可以粗略地这样想:你认真整理着一间屋子里的东西,忽然发现,按它们已有的关系接下去,会走到隔壁一扇一直关着的门前。不是你想去隔壁,先在墙上画一扇门;是这边的路,真的给出了一个通往那里的方向。
比喻到这里就要停。门可以凭想象画,理论里的那条路却得一步一步算得出,实验里的读数也得有来历。
由电磁关系得出的速度,和独立测出的光速相近,支持了一个不只是数字相似的判断:光本身就是电磁现象。两门看上去分开的学问,开始露出同一件事的两面。
我们今天很容易把这段话听成一个知识点,记住“光是电磁波”就往下走。可是如果在记住以前稍停一下,会发现它的动人之处:光并没有因为我们把电和磁写得很漂亮,就有义务以那个速度走。它完全可以不配合。
那些小轮子,后来怎样了
这条路起初并不长得像今天课本上的样子。
麦克斯韦曾用一种具体的机械图景帮助自己思考:转动的涡旋,中间夹着传递运动的小轮子。那幅图今天看起来有些奇异,很像人拿熟悉的东西,试着搭出一个暂时还不熟悉的世界。
到了 1865 年发表的电磁场论文,论证已经不必依赖那一套具体的小轮子才能继续,电磁传播与光速的联系仍然在。这里不能顺手多写一步,说他已经抛弃了以太。他当时仍然以介质和运动来理解场。离开的,是那套特定机械模型的束缚,不是后来所有物理观念一步到位了。
这一点反而让故事更好看。
发现没有因为起步时借过脚手架,就失去分量;脚手架也没有因为帮过忙,就获得永远不能拆的资格。一种解释里,有些东西是暂时借来帮助想象的,有些关系却能在改写以后继续站住。
漂亮的不一定是最初那幅图。也可能是图可以改,而其中一条真正有根据的关系没有跟着散掉。
世界可以不同意
最容易写坏这个故事的办法,是把它写成“天才看见了美,所以他是对的”。
美没有这样的保证。
一套关系在纸上再严密,也还没有替世界签字。如果实验对不上,我们得查推导,查测量,查所用的条件,也得允许理论需要改。不能每次出现不合,就只责怪世界没有被量好。
反过来,读数不合,也不自动宣布一切全错。仪器会出问题,计算会出错,适用范围会被用过头。认真听世界的回答,需要把这些可能一项项区分开,而不是挑一句最痛快的口号。
所以这里的等待,不是坐在那里盼一个“是”。是把自己说的话放到一个可以受检验的地方,让别的人能顺着同一条路来查:你事先说了什么,怎样量的,偏差有多大,在哪些条件下比较才有意义。
说到这里,物理之美也不只是猜中了的快乐。猜一个盒子里有几颗糖,猜对会很痛快;它并没有因此把盒子里的关系显出来。这里值得看的,是理论本来就不得不给出的东西,恰在一次独立的检验里得到了回应。
不是“我总能解释你”,而是“我说到这里,你在这里回答了”。
回答不必永远是“是”
倘若没有对上呢?
那也可能有值得看的东西,但不能为了显得豁达,就说所有失败都美。把数据弄丢了、仪器没有校好、反复猜而不肯查原因,未必留下什么。
有分量的不同意,往往有清楚的轮廓。偏差总落在某一处,在别处仍然站得住的关系,一起把这个缺口显了出来。问题不再是一团“反正还有很多不知道”,而是:为什么偏偏这里没有对上?
此时新的答案还没来。旧的答案又并非处处无效。人就在这两者之间继续工作。值得看的可能是那条越来越清楚的边,而不是一个已被证明错误的说法本身。
但麦克斯韦的故事也不必靠后来还有多少悬念才美。那两条不同的路已经相遇过,这一处已经成立,就值得再看。完成不等于失去生气。
有人为了考试把那几条方程背下来,有人一辈子都在用它们计算,还有人只读了这段故事,知道这里曾发生过怎样一次相遇。三者看见的深浅不同,不必假装读了故事就等于会推导;也不必因此把普通读者挡在门外。
至少我们可以先看见,为什么“理论很漂亮”还不是最后一句。
那一页纸上写出的速度,终究要和另一个地方的仪器读数摆在一起。纸不会因为被写得好,就替仪器作答。
而它们竟然能够对得上。这才是这件事值得停下来的地方。