的网，光线贴着表面环绕运行，但决不能逃出来、在第11章里还将看到，如果黑洞在自
转，则捕获光的那个面与黑洞自身的表面是不相同的借助于逃逸速度来描述黑洞·虽然
有有索要的历史价值和启发作用，却是过于简单了。
直至广义相对论建立为止，米切尔和拉普拉斯的思想被人们完全遗忘了。这一方面
是因为没有什么迹象表明宇宙中存在如此致密的物质（当然，不可见性本身是一个好理
由）；另一方面，他们的思想是建立在牛顿关于光本性的微粒说基础上的，即光微粒也
像通常物质一样服从引力定律。而在整个19世纪，光的波动说占据了统治地位。按照这
种理论，光是一种振动在媒质中的传播，光波是不受引力影响的，米切尔和拉普拉斯的
思想因而失效。
力场
行星的运动之所以能被计算出来，是因为我们知道物体之间的相互吸引力与它们的
质量成正比，与距离的平方成反比。然而这里有许多更深刻的问题尚未回答，比如引力
的本质，它如何由物质产生，又如何作用到被真空隔离的物体上。
牛顿的引力不像马拉车的力或农夫用铁锹翻地的力那样，通过直接接触来传递。一
个物体产生的引力能作用到远处的另一物体。这种不需要媒质而瞬时作用的力的概念，
是雷纳·笛卡儿（Ren6Descartes）于1644年在其《哲学原理》（Principes de
laphilosophie）中所阐述的，并难以被机械宇宙观所接受。牛顿本人是一个忠实的机
械论者，他把自己的定律看作只是一种能计算物体运动的数学工具，而不是一种物理真
实。他曾说过，想象引力能瞬时地和超距地作用是荒谬的，是没有一个真正的哲学家能
接受的。拉普拉斯曾试图通过考虑引力以有限速度传播来修改牛顿理论，他的推理在原
则上是正确的（自爱因斯坦以后，我们知道引力是以光速传播），但在实际上是错误的：
他算出引力的传播速度必定是光速的700万倍。
19世纪，同样的超距作用问题重新出现在研究电的学者面前。与引力相似，两个物
体间的电力也与它们电荷的乘积成正比问力是与两物体质量的乘积成正比），与它们距
离的平方成反比。但是，尽管物理学家最后还是接受了（没有更好的办法）引力的超距
作用，他们却拒不接受电力也是如此。
于是，迈克尔·法拉第（Michael Farada力和詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（James
Clerk Maxwell）提出了场的概念。场能够作为物体间相互作用的媒介，并以有限速度
传播。不是两个电荷在真空中通过瞬时力相互吸引或排斥，而是每一个电荷都在其周围
产生一个“电场”，其强度随距离增大而减小。每个电荷所受的力都归结为两个场的相
互作用。那末，引力也能以同样方式来描述：一个物体产生的引力场作用于所有其他物
体。
这决不只是一种描述词语的简单改变。场的根本优越性在于，它把瞬时超距作用代
之以需要时间来传播并随空间距离增大而减弱的作用。场论，这经典物理的光辉顶峰，
看似毁坏了牛顿物理的根基，实则开辟了通向电磁学，然后是相对论的道路。
麦克斯韦的光
在19世纪末，物质间的作用力被分为三类：引力、电力和磁力。
电的特征是存在正、负两种电荷c同种电荷相互排斥而异种电荷相互吸引，作用强
度随距离变化的关系则与磁力一样。磁力是磁体的特性，磁体吸引铁，并指向地球两极
的方向。每个磁体都有两个极，即北极和南极，同种磁极排斥而异种磁极吸引。
在吸导内排斥的行为上，电和磁看来很相似。古希腊人已经觉察到与毛皮摩擦过的
流油能吸引碎草片（英文中电一词就是来自希腊文中琉璃一词），天然磁矿石能吸引铁
屑。公元前6世纪，希腊大几何学家泰勒斯（Thales）认为，电和磁是同一种现象，这
些奇特的物质含有吮吸周围物体的“精灵”。
24个世纪以后，丹麦物理学家克里斯琴·奥斯特（Chris－tianoerstCd）在上一堂
电流实验课时，一根磁针碰巧正放在他的装置近旁。他注意到，每当接通电流时，磁针
就发生偏转。这个发现之后几个星期，安德烈·安培（Anure rtillpere）和弗兰克·
阿拉果（Francois Arag…）提出了一个理论，即变化的电力产生感应磁力，反之亦然、
随后的实验工作充分地证实了电和磁现象之间的密切关系。
然而，电理论只是在1898年发现了电子后才得到真正验证。这种作为原子基本成分
之一的基本粒子，带有不可再分的电荷，因而作为电荷的基本单位。通常的原子是电中
性的，因为原子核外电子的负电荷被束缚在核中的正电荷所抵消。电荷可以静止，也可
以运动，例如金属导体中的自由电子可以到处运动。正是电行在电场作用下的运动形成
了电流。
类似地，天然磁石的磁性是由其分子之间的微型电流所导致的。在大得多的尺度上，
地球的磁场也是由其转动着的镍…次核中电导物质的大规模运动产生的。电与磁的真正
统一是在1865年，麦克斯韦把它们的所有性质概括在吸个方程中，建立起了电磁场理论。
一个静止电行具有不随时间变化的径向电场。当电荷运动时，其周围电场会自己调
节到新的位置，场的变动以一个有限速度即光速传播。电荷的任何移动都使场发生这种
变动，特别有意义的是，如果电行作用期性运动，则场的变动取波的形式，恰如一根棒
子在水里上下搅动时会造成环形水波。麦克斯韦预言，电行的同期性运动将产生以光速
在真空中传播的电磁波。
一个正常峰谷形式的波，两个相邻波峰之间的距离叫做波长，每秒时间内波峰的个
数叫频率。人眼能看见的光只是电磁波谱中很小的一部分，即一个很窄的波段。显然，
波长越大，频率越小，两者成反比关系。
观测和理论天文学都建立在电磁辐射的性质的基础上。携带着能量和动量（频率越
高，携带得越多）的电磁波对与之遭遇的物质施加一个力。例如，照射到这页书上的光
在加热着和推着书纸，太阳发出的电磁风能把彗星的尾巴吹得背离它，恒星核心的辐射
压能阻止恒星因自身引力而收缩。
电磁理论的影响像万有引力定律一样巨大，它在理论上和实践上都给整个人类文明
带来了意义深远的结果。麦克斯韦死后8年即1887年，亨利希·赫兹（Heinrich Herzi)
在实验室成功地造出了电磁波。20世纪初，古列莫·马可尼（GugllelmoMarconi）第一
次实现了跨越大西洋的无线电联系，电讯时代从此开始。
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黑洞
