超距作用

超距作用（action at distance），物理学史上出现的关于作用力及传递媒介的一种观点。这一观点认为，相隔一定距离的两个物体之间存在着直接、瞬时的相互作用，不需要任何媒质传递，也不需要任何传递时间。与之相对立的观点被称为近距作用或接触作用。

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。

1686年，I.牛顿发表万有引力定律，并以此说明月球和行星运动以及潮汐现象。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儿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。该序言以大量文字攻击笛卡儿的涡旋以太论。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。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：法国笛卡儿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儿观点。

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.-L.拉格朗日，P.-S.拉普拉斯和S.-D.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.-A.de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.U.T.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。

超距作用的衰落和近距作用的确认得益于M.法拉第和J.C.麦克斯韦等人的研究成果。

19世纪30年代至50年代初，法拉第对电磁现象的实验研究作出了卓越的贡献。他反对超距作用，提出“邻接作用”概念。后者也就是近距作用或接触作用。起初，他用“力线”描述磁极之间和带电体之间的相互作用，指出力线在空间是曲线而不是直线。各种各样的力线（如“热力线”、“重力线”、“电力线”、“磁力线”，甚至“光线”）布满空间，各自形成力场。继而，他又产生了空间和力的全新概念。在他看来，空间不仅是物质和力的场所，而且这场所本身总是处在一种特定的“状态”之中，即“抻紧”的振动状态。因此，空间还是一种能承载电力、磁力和其他各种力所引起的应变介质。世界的能量并不局限于发出力的物质粒子中，而且存在于这些物质粒子的四周空间中。可以说，法拉第从研究电磁感应而得到力线概念，又从力线推导出场的观念。在他心目中，力场完全取代了以太。他说：“我的观点是要排除以太，而并不是排除振动。”超距作用在法拉第心目中首次被严格地排斥在科学之外。

受法拉第影响的不仅有开尔文，更有麦克斯韦将电磁场概念以一组数学方程式归纳之，并推导出以有限速度传播的电磁波，其波速就是光速。1887年，H.R.赫兹以实验证实电磁波存在，并确认法拉第和麦克斯韦电磁理论的正确性。起初，麦克斯韦借用以太观念推导出他的一组方程式，而当赫兹证实电磁波时，人们还以为这是以太存在的证据。也就是说，麦克斯韦的电磁理论是以接触作用为基础的。后来麦克斯韦在他的《电磁理论》著作中强调说：“电抻紧状态是电磁场的运动性质，它具有确定的量，数学家应当把它作为一个物理真理接受下来。”A.爱因斯坦在1931年纪念麦克斯韦诞生100周年时曾说：法拉第和麦克斯韦的工作是自牛顿以来“物理学公理基础的最伟大的变革”；从此，“连续的场同质点一起看来都是物理实在的代表”。到20世纪初，“电磁场概念作为一种终极实体已经普遍接受”。至此，“场”这种物质实体完全代替了假想的以太。毋须介质传递的超距作用的观念在磁学领域已为多数物理学家所抛弃。

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。这又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。1979年，J.H.泰勒等人通过天文观测、确认引力辐射阻尼的存在。星际空间的引力场也为人们所普遍接受。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着作用的。