物理學歷史上出現的一種觀點。它認為(至少在早期):相隔一定距離的兩個物體之間存在直接的、暫態的相互作用,不需要任何媒質傳遞,也不需要任何傳遞時間。

  早在I.牛頓以前,對於物體之間的作用就存在兩種對立的猜想:一種認為物體之間除瞭通常的接觸作用(拉壓、衝擊)之外,還存在超距作用;一種認為物體之間的所有作用力都是近距作用,兩個遠離物體之間的作用力必須通過某種中間媒介物質傳遞,不存在任何超距作用,這種中間媒質被稱為乙太(見乙太論論)。當時的大多數自然哲學傢認為超距作用帶有神秘的色彩,而傾向於近距作用觀點。

  1686年,牛頓發表瞭他根據J.開普勒行星運動定律得到的萬有引力定律,並用以說明瞭月球和行星的運動以及潮汐現象,這是一項偉大的發現。看起來,牛頓的引力定律似乎支持超距作用觀點,但是牛頓本人並不贊成超距作用解釋。他在給R.本特利的一封著名的信中寫道:“很難想象沒有別種無形的媒介,無生命無感覺的物質可以毋須相互接觸而對其他物質起作用和產生影響。……引力對於物質是天賦的、固有的和根本的,因此,沒有其他東西的媒介,一個物體可超越距離通過真空對另一物體作用,並憑借和通過它,作用力可從一個物體傳遞到另一個物體,在我看來,這種思想荒唐之極,我相信從來沒有一個在哲學問題上具有充分思考能力的人會沉迷其中。”牛頓本人倒是傾向於以太觀點的,他在給R.玻意耳的信中私下表示相信,最終一定能夠找到某種物質作用來說明引力。但是他對於以太的具體設想與當時頗有影響的R.笛卡兒觀點隻是在細節上有所不同。

  超距和近距兩種對立觀點在18世紀初爭論十分激烈。法國的笛卡兒主義者在反對超距作用的同時,不恰當地否認瞭引力的平方反比定律,這就引起一些年輕的牛頓追隨者起來捍衛牛頓的學說,並強烈地反對包括以太在內的全部笛卡兒觀念。

  1713年牛頓的著作《自然哲學的數學原理》第二版問世,牛頓的追隨者R.科茨寫瞭一篇序言,從哲學方法上推崇牛頓學說的意義,並花瞭很大的篇幅攻擊以太論。這篇序言把牛頓的引力定律看作是超距作用的典范(雖然他沒有使用“超距作用”一詞),並把它說成是實驗事實的唯一概括。

  由於引力定律說明太陽系內星體的運動獲得極大的成功,而探索以太並未獲得實際結果,超距作用觀點得以流行開來。J.L.拉格朗日、P.S.M.拉普拉斯和S.-D.泊松等人從引力定律發展出數學上簡單而優美的勢論,更為有利地支持瞭超距作用的觀點。於是,超距作用觀點盛行起來,並被移植到物理學的其他領域,早期的電磁理論也是超距作用理論。整個18世紀和19世紀的大半,超距作用觀點在物理學中居統治地位。一些持超距作用觀點的物理學傢曾對物理學的發展作出不少貢獻。

  19世紀30~40年代,M.法拉第對於電磁現象的實驗研究作出瞭卓越的貢獻。他的實驗研究的豐碩成果對以後的科學發展起瞭巨大的推動作用。法拉第反對超距作用觀點,並對之進行批判。他用“力線”描述磁極之間和帶電體之間的相互作用,指出這些力線在空間是一些曲線而不是直線,因此,電的或磁的相互作用就不會是超距作用所想象的那種直接作用;他研究瞭插入的電介質對帶電體之間的電力強度的影響(1837),認為這種影響表明電力的作用不可能是超越距離的直接作用,同樣的效應在磁現象中也發生;他還根據他所發現的電磁感應現象(1831)指出,僅有導線的運動事實不足以產生電流,磁鐵的周圍必定存在某種“狀態”,導線就是在其區域內移動才產生感應電流;此外,他對於磁光效應的研究(偏振光振動面的磁致旋轉,1845)使他相信光和電磁現象有某種聯系,他甚至猜測磁效應的傳播速度可能與光的速度有相同的量級。

  法拉第的“力線”思想及開爾文將電磁“力線”同流體流動所作的數學類比深深地打動瞭年輕的J.C.麥克斯韋。1856~1865年,他致力於將全部已知的電磁現象概括為統一的理論,得到瞭今天成為電磁學基礎的數學方程組,並由此推論得出存在以有限速度傳播的電磁波,其波速就是光速。1887年,H.R.赫茲完成瞭觀察電磁波的著名實驗,確認瞭麥克斯韋電磁理論的正確性;1898年A.M.李納和E.維謝爾分別提出瞭推遲勢,為電磁作用以有限速度傳播找到瞭確切的表示。至此,超距作用觀點在電磁學領域內已為多數物理學傢所拋棄。

  1905年A.愛因斯坦的狹義相對論確立瞭嶄新的時空觀,並指出真空中的光速是一切物理作用傳播速度的極限,這就在整個物理學中排除瞭瞬時超距作用的可能性。1916年愛因斯坦建立廣義相對論,廣義相對論把牛頓引力定律作為一種近似保留下來。根據廣義相對論,物體振蕩時輻射引力波,引力輻射也是以光速傳播的;雙致密星由於引力輻射其能量衰減(稱為引力輻射阻尼),導致其轉動周期變短。1979年J.H.泰勒等人報道瞭他們對射電脈沖雙星PSR1913+16四年多的監視性觀測,確認瞭它由於引力輻射阻尼引起的轉動周期穩定地變短確實存在,對於引力波的存在是一個很好的支持。

  目前已認識到自然界的基本相互作用有四種:引力相互作用、電磁相互作用、弱相互作用和強相互作用。後兩種基本相互作用,也和前兩種一樣,是通過場而相互作用的。

  早期的超距作用認為作用是瞬時的,這一點在後來曾有所修改。有些物理學傢提出“延遲超距作用”,認為源對某一粒子的作用是延遲瞭一段時間 r/с的超越空間的直接作用,其中r是源和粒子之間的距離,с為真空中的光速。這種修正瞭的超距作用觀點在說明某些現象時與場作用觀點是等效的;但是,在說明另一些現象,特別是正反粒子的湮沒時顯得牽強附會。因此,它並未被一般物理學傢所接受。

  

參考書目

 S.E.Whittaker,A History of the Theories of Aether and Electricity, T.Nelson and Sons,London,1951.