超距作用的研究历史

超距作用的研究历史

古代原子论者认为，世界是由微粒和真空（空虚的空间）二者组成的，微粒之间的作用是在空虚的空间中传递的。这是古老的超距作用的观点。而古代中国人认为，世界并无空虚，阴阳二气充满太虚，一切作用（电的、磁的、星体间以及潮汐作用）都是由阴阳二气作用为传递的媒质。这是古老的接触作用。17世纪，在西方关于物体之间的作用就存在两种对立的猜想。R.笛卡儿吸取古希腊亚里士多德的以太观念，提出以太涡旋说，以此解释太阳系内行星的运动和彼此之间的作用，即星体间的作用是以太传递的。此时，由于法国哲学家P.伽森狄的努力，古希腊的原子论复活。大多数物理学家仍然相信超距作用 。
早在牛顿以前，对于物体之间的作用就存在两种对立的猜想：一种认为物体之间除了通常的接触作用（拉压、冲击）之外，还存在超距作用；一种认为物体之间的所有作用力都是近距作用，两个远离物体之间的作用力必须通过某种中间媒介物质传递，不存在任何超距作用，这种中间媒质被称为以太（见以太论）。当时的大多数自然哲学家认为超距作用带有神秘的色彩，而倾向于近距作用观点 。 1686年，牛顿发表其根据开普勒行星运动定律得到的万有引力定律，并以此说明月球和行星运动以及潮汐现象。万有引力定律只提到两粒子相互直接作用于对方的引力，并未解释引力传递过程，而且这条定律与时间无关，意味着瞬时直接的超距作用。引力理论不能给出任何引力相互作用的媒介。它假设引力具有瞬时性质，不管距离有多远。从牛顿力学的观点，超距作用可以视为一种现象，在这现象里，一个系统的内秉性质会影响遥远系统内秉性质，不论任何其它系统是否影响遥远系统，并且，没有任何过程毗连地传递其影响于空间和时间。牛顿试图寻找引力的原因，但并未获得成功。牛顿的引力定律支持超距作用观点，但是牛顿本人并不认为引力是超距的。他在给R.本特利的一封信中曾写道：“很难想象没有别种无形的媒介，无生命感觉的物质可以毋须相互接触而对其他物质起作用和产生影响。……一个物体可以通过真空超距地作用在另一个物体上而不需要任何其他介质，它们的作用和力可以通过真空从一个物体传递到另一个物体，这种观点在我看来是荒唐之极，以致我认为没有一个在哲学上有足够思考力的人会同意这种观点。” 牛顿本人倒是倾向于以太观点的，他在给R.玻意耳的信中私下表示相信，最终一定能够找到某种物质作用来说明引力。牛顿曾经以“稀薄的以太”、“以太精气的连续凝聚”等观念来解释引力和光的现象。但是，他对以太的具体设想与当时的颇具影响的笛卡尔观点在细节上有所不同。18世纪以后，人们往往把引力作用中的“超距”信条归之于牛顿是不正确的。其实，将此信条归之于牛顿的追随学者R.科茨更合适些。
科茨于1713年为牛顿的著作《自然哲学的数学原理》第二版作序。从哲学方法上推崇牛顿学说的意义，该序言以大量文字攻击笛卡尔的涡旋以太论。序文中虽然没有引用“超距作用”一词，但他在抨击以太论的同时认为宇宙中存在真空，这一观点无形中让人们以为牛顿的引力定律是倡导超距作用的。这篇序言把牛顿的引力定律看作是超距作用的典范，并把它说成是实验事实的唯一概括。超距和近距两种对立观点在18世纪初争论激烈。甚至于出现了这样的情形：法国笛卡尔主义者在反对超距作用的同时，不恰当地否认引力的平方反比定律；年轻的牛顿追随者为捍卫牛顿的学说，又反对包括以太在内的全部笛卡尔观点。
由于引力定律在说明太阳系内的星体运动获得极大成功，而对于以太的探索却未有任何实际结果，超距作用观点因之流行。J.拉格朗日、P.拉普拉斯和S.泊松等人又从引力定律发展出数学上简单而优美的势论，更加支持了超距作用的观点。于是，超距观点被移用到物理学其他领域，早期的电磁理论就是一例。尤其是法国物理学家C.库仑等人在静电、静磁领域假定电荷或磁体是超距地彼此吸引或排斥，而不受其间介质的任何影响。德国F.艾皮努斯、英国H.卡文迪什和法国泊松等人也以超距的直线作用观点解释静电和静磁的感应现象。整个18世纪和19世纪的大半个世纪，超距作用观点在物理学中居统治地位。一些持此观点的物理学家也曾对物理学的发展作出相当的贡献 。 1905年，爱因斯坦的狭义相对论确立了崭新的时空观，并指出真空中的光速是一切物理作用传播速度的极限。这就在整个物理学中排除了瞬时超距作用的可能性。1916年，爱因斯坦建立了广义相对论，他将牛顿的引力定律作为一种近似保留下来，并且提出了引力波、引力辐射的概念。引力辐射也是以光速传播的。根据广义相对论，物体振荡时辐射引力波，引力辐射也是以光速传播的；双致密星由于引力辐射其能量衰减（称为引力辐射阻尼），导致其转动周期变短。1979年，J.泰勒等人报道了他们对射电脉冲双星PSR1913+16四年多的监视性观测，确认了它由于引力辐射阻尼引起的转动周期稳定地变短确实存在，对于引力波的存在是一个很好的支持。星际空间的引力场也为人们普遍接受。星体之间的超距引力作用也被放弃了。
人们认识到自然界中四种基本相互作用，即引力相互作用、电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用。它们都是通过场而彼此传递作用的 。
早期的超距作用认为作用是瞬时的，这一点在后来曾有所修改。有些物理学家提出“延迟超距作用”，认为源对某一粒子的作用是延迟了一段时间 r/с的超越空间的直接作用，其中r是源和粒子之间的距离，с为真空中的光速。这种修正了的超距作用观点在说明某些现象时与场作用观点是等效的；但是，在说明另一些现象，特别是正反粒子的湮没时显得牵强附会。因此，它并未被一般物理学家所接受 。

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