“以太”一词表示出以一种散漫的形式静止存在。在使用上，英文中主要表示存在于以太中的比较惰性的物质。它与更现代意义上的“太空的”、“空间外的”有某种类似的含义。在无线电广播的早期阶段，当人们说正在播出时，常用“通过空气”（on the air）一词来表达，他们头脑中所想的就是以太（俄语的用词在词源上更接近于“在以太中”， v efir）。但实际上无线电波更易在真空中传播，这是麦克斯韦的重要结论之一。无线电波的传播不需要空气。如果在空气中传播的话，反而有所阻碍。
整个关于光和物质通过以太运动的思想引发了另外长达40年的研究，出现了爱因斯坦的狭义相对论，即E＝mc2以及其它的一些重要成就。相对性以及得出有关理论的实验都表明了并没有以太在支持电磁波的传播，爱因斯坦在他的著名论文的摘录中阐明了这一结论，我在第二章中对他的这个理论已经进行了阐述。波是自行传播的。变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，它们依靠自己的力量而互相关联着。
很多物理学家被这种“传播光的”以太的作用的被否定而感到深深的困扰，他们需要某种机械模式以使得整个“光在真空中传播”的概念变得合情合理、令人信服而且易于理解。但是这是一个为自己的理论寻找支持而出现的东西，是对我们面临的困难所作出的一个反应，它表明在探索的领域内，普通的感觉再也不管用了。物理学家理查德·费因曼这样描述道：
今天，我们已经更深刻地理解了这些方程式本身，而不是那些用来推导出方程式的模式。我们可能只需问这些方程式是否正确。这可以通过实验来回答，无数的实验已经证实了麦克斯韦方程组。如果我们移走那些地建立这些方程时所使用的支架，我们发现麦克斯韦高大而宏伟的大厦依靠自己的力量仍高高耸立。
但是这些穿透整个空间的随时间而变化的电场和磁场究竟是什么呢？意义何在？我们对于诸如接触、摇晃、推、拉的概念比起通过“场”神奇地移动一定距离之外的物体或者纯粹的抽象数学概念要感觉舒服得多。但是，正如费因曼所指出的，我们通过至少在日常生活中我们可以依赖固体的、可以感觉到的物理接触所获得的感觉，用来解释当你拿起切黄油的刀时它就到了你手中之类的问题，但这种感觉只是一种误解。物理接触意味着什么？当你拿起一把刀、推秋千，或者有节奏地拍打水床形成水波的时候，究竟发生了什么现象？当我们深入研究时，我们发现这里并没有什么物理接触。实际上，是你手上的电荷影响了刀、秋千或者水床中的电荷，反之亦然。不论日常经验或一般的感觉如何，这里其实只有电场的相互作用，并没有什么物体实际接触。
没有哪个物理学家起初就对通常意义下的概念表示厌烦，并期望用某种只能被极少数高深的理论物理学家才能理解的数学抽象概念来代替它们。实际上，他们一开始也和我们大家一样，有着感觉舒服的、标准的、通常的概念。问题在于自然并不遵从人们的愿望。如果我们不再坚持我们认为自然应该怎样去行为的观点，而是以一种开放和接纳的思想去面对自然，我们就发现通常的感觉是错误的。为什么是错误的呢？因为我们关于自然规律的认识，不论是先天的还是学来的，都是在数百万年中当我们的祖先还过着群居的狩猎生活时所形成的。在这种情况下通常的感觉就是一种不可信赖的导引，因为狩猎的群居者不是靠对变化的电磁场的理解来指导自己的生活的。不了解麦克斯韦方程组也不会受到进化过程中的任何惩罚。但在我们今天的时代，情况就不同了。
麦克斯韦方程组表明了快速变化的电场应能产生电磁波。1888年，德国物理学家海因里希·赫兹在实验中发现了一种新的辐射波——无线电波。七年以后，英国剑桥的科学家在1000米的距离之外传输了无线电信号。到1901年，意大利的马可尼用无线电波进行穿越大西洋的通讯。
现代社会通过广播塔、微波转播和通讯卫星建立起来的经济、文化和政治上的广泛联系都直接产生于麦克斯韦在他的真空状态下的方程组中包含位移电流的判断。电视也是源自他的发现，它并不十分完美地指引着我们的生活并提供娱乐。雷达成为英国在二战时反击侵略和粉碎纳粹的战斗中的决定性因素（我们所认为的那个与社会总是感到不和谐的人的发明影响到未来，并且拯救了那些使他感到十分不舒服的人的后代）。飞机、船舶和宇宙飞船的控制与导航，射电天文学和探索外星智能以及电力和微电子工业的重要作用都要归功于麦克斯韦。
另外，法拉第和麦克斯韦关于场的概念对于理解原子核、量子力学和物质的精细结构都具有重大的影响。他将电、磁、光统一成为一种连续的数学整体形式的思想促使后人为此作出了最后的尝试——有的获得了成功，有的还处于初试阶段——将物理世界的各个方面，包括引力和核力，统一为一个宏大的理论。我们可以毫无夸张地说，麦克斯韦引导我们进入了现代物理的时代。
理查德·费因曼用下面的文字阐述了我们关于麦克斯韦的变化的电磁矢量的寂静的世界的观点：
让我们尝试着想象一下电磁场在这个讲演厅的空间中是个什么样子。首先，这里有一个固定的磁场，它来自地球内部的流体——即地球本身固有的磁场。还有不规则的基本上属于静电场的场，它们可能是由于许多人在他们的椅子上挪动或将衣袖在椅子扶手上磨擦而产生的。还有一些通过电线中的振荡电流而产生的磁场，这些场以每秒60个周期的频率变化，与博尔德水坝的发电机同步。更有趣的是电磁场以更高的频率变化。比如，当光从窗户到地板，从一面墙到另一面墙时，就有以每秒18．6万英里的速度运动的电磁场的振荡。此外还有从温暖的前额传输到冰冷的黑板的红外波。我们还忘记了穿过这个房间的紫外光、X射线和无线电波。
飞越这个房间的是携带着爵士乐队的音乐的电磁波。有很多波被一系列表达在世界其它地方所发生事件的场景的脉冲所调制，或者我们想象的阿斯匹林溶解在胃中的脉冲。为了证实这些波动的存在，只需打开电子设备将这些波动转化为声音和图像。
如果我们更细致地分析那些甚至最小的振荡，就会发现那些从十分遥远的地方传到这个房间的很小的微电磁波。现在就有了电场的微弱振荡，其波峰相隔有一英尺的距离，它们是从百万英里之外的刚刚经过金星的“水手2号”宇宙飞船上传输给地球的。它的信号装置中装载着关于各个行星的大量信息（这些信息是通过从行星向宇宙飞船传播的电磁波而收集获得的）。
有些非常微弱的电磁场的振动是来源于亿万光年以外——来自宇宙中最遥远的角落里的星系——的波动。现在这一事实已通过“将房间里装满电线”的方法得以证明，即建立一个像房间一样大的天线。这种无线电波已经从空间中的不同位置被探测出来，而这种太空空间即使用最大的光学望远镜也难以观察到。即使是这些光学望远镜也仅仅是电磁波的收集器。我们所说的恒星仅仅是一种推测，通过我们从它们那儿得来的物理事实，通过对到达我们地球的电磁场的永无止境的复杂波动的细致研究而推断出来的。
当然，更多的是通过数英里之外的闪电产生的场，当带电的宇宙射线微粒快速穿过房间时会产生场并发生其它变化。在你周围的空间中的电场是一个多么复杂的东西啊！
如果维多利亚女王曾经召集她的顾问们开一个紧急会议，命令他们发明一种类似于收音机或电视之类的东西，他们中间任何人都不太可能会想象到通过安培、毕奥、奥斯特、法拉第的实验、四个矢量微分方程、在真空中保留位移电流项的判断等途径去实现。我想，他们可能会一无所获。然而，仅仅是出于好奇，几乎不需要政府的任何资助，甚至连他自己都没有意识到他正在为威斯敏斯特工程打基础，“书呆子”胡涂乱写出了一个发明。甚至自认无足轻重的、不善交际的麦克斯韦先生是否曾经想到自己正在进行的研究都是值得怀疑的。如果他曾经这样想过，那么，政府很可能会告诉他该思考些什么、不该思考什么，而这不仅无助于反而会阻碍他的伟大发明。
在他的晚年时期，麦克斯韦还真的和维多利亚女王有过一次会晤。在会面之前他还有点担心——主要是担心他是否能够让一个对其专业一窍不通的人了解科学——但是女王似乎有些烦乱，所以会晤没有持续很长时间。与英国近代史上其他四位杰出的科学家麦克尔·法拉第、查尔斯·达尔文、P·A·M·狄拉克和弗朗西斯·克里克一样，麦克斯韦从未被授予爵士称号（虽然莱尔、开尔文、J·J·汤姆逊、卢瑟福、艾丁顿、霍伊尔等下一层次的科学家却都被授予爵士头衔）。对于麦克斯韦来说，甚至都找不到什么理由能够认为他可能持有与英国教会不一致的观点，他是那个时代绝对正规的基督教徒，比大多数人都要虔诚。或许这正是他迟钝而不通世故的一面。
传播媒体——詹姆斯·克拉克·麦克斯韦使其成为现实的教育和娱乐工具——从来没有，据我所知——为它的恩人和创立者拍摄过一部短短的系列剧以表现他的生活和思想。换个角度想一下，假如没有电视告诉你，比如戴维·克罗克特、小子皮莱或阿方斯·卡彭的生活和所处的年代，在美国的成长过程中将会遇到多少困难。
麦克斯韦很年轻时就结了婚，但是他的婚姻中似乎既缺少激情也没有孩子。他的热情全都留给了科学。这位现代文明的奠基者死于1879年，死时年仅47岁。就在大众文化几乎将他完全忘记的时候，其它国家知名的射电天文学家们记起了他：他们从地球上发射无线电波，然后从金星上反射回来并探测出微弱的回应，从而发现了金星上的巨型山脉，这些天文学家们以他名字命名了金星上的这个山脉。
在麦克斯韦预言无线电波之后不到一个世纪的时间内，人类开始了第一次对于外星球中可能存在的文明世界的探索。从那时起，人类进行了多次太空探索，其中有些探索我已在前面提到过，这些探索主要通过探测星际空间的电磁场来研究与我们完全不同的生物。在他们的历史中，他们有时也从他们自己的詹姆斯·克拉克·麦克斯韦的深刻理解中受益。
1992年10月，在莫哈韦沙漠，在波多黎各喀斯特岩溶洞谷，我们开始了一项迄今为止最有希望、最强有力并最全面的对外星智能生命的搜索计划。美国航空航天局第一次组织并参与这项计划。我们将在长达十年的时间内，使用最为敏感的仪器和最高的频率对整个太空进行探测。如果在组成银河系的4000亿颗恒星中有一颗星上有生命给我们发射无线电信号，我们将有极大的可能接收到。
仅一年后，国会毁掉了这项计划。外星智能生命搜索计划并非十分重要，利益有限，代价过高。但是人类历史上每一次文明的进步都投入了大量的资金用于研究宇宙深层次的问题，很难想象还有什么比“我们是否是孤独的文明形式”更为深刻的问题。即使我们永远破译不了那些信息内容，但是，收到这样的信号也能够传送出我们关于宇宙和我们自身的观点。如果我们能够理解来自先进技术文明世界的信息，那么，其现实益处将是前所未有的。外星智能生命搜索计划并非基础薄弱，它受到了科学界的热烈支持，也根植于大众文化之中。公众对于这项事业的热情是广泛而持久的，而且认为开展这项研究是值得的。此外，这一计划也并非代价昂贵，其费用每年仅约一架军用直升机。
我感到奇怪的是，那些关心费用的国会议员们为何不更多地关注一下国防部。随着苏联解体和冷战结束，所有的费用应该符合和平时期的要求，而国防部每年仍要花掉3000多亿美元的费用（政府内的其它机构还要为改善生活增加福利而实施的计划）。当我们的后代回顾我们这个时代时可能会对我们的所作所为感到惊异——我们拥有探测其它生命的技术，但是我们对许多有益建议却充耳不闻，反而一味坚持花费大量的国家财富来使我们免于遭受到实际上并不存在的敌人的袭击。
加利福尼亚工科大学的物理学家戴维·古德斯坦指出，几个世纪以来科学几乎一直呈指数增长，它不可能继续保持这种增长，因为到那时候地球上每一个人都将成为科学家，那时增长就不得不停止。他作出推测是基于这个原因，而不是因为对科学本身的冷淡与疏远，但在过去的几十年中科学经费的增加已大大减缓。
尽管如此，我关心的是，研究经费是如何分配的。我担心取消对外星智能生命搜索计划的政府资助仅仅是这种对科学研究削减经费的发展趋势的一个组成部分。政府一直对国家科学基金会施加压力，迫使其将经费支持重点从基础科学研究转向支持技术、工程及应用。国会建议取消美国地理勘查局，削减对于地球易受损害的环境研究的财政支持。国家航空航天局对于已获数据进行研究和分析所需的财政支持正在受到越来越多的限制。很多青年科学家不仅找不到经费开展研究，他们甚至连工作都找不到。
近年来，美国各公司的工业研究和开发经费全面削减。政府用于研究和开发的经费同期也在下降（80年代，只有军事研究和开发经费在增长）。在年度支出中，日本是世界上对民用研究和开发投资最多的国家。在计算机、通讯设备、航空航天、机器人、科学精密设备等领域，美国在全球出口份额的比例下降，日本的份额在上升。同一时期，美国在大多数半导体技术中的领先地位让位给了日本。美国的彩电、录音机、电唱机、电话机及机械工具的市场份额也急剧下降。
基础研究领域是科学家自由追随其好奇心和探索自然的地方，不要求在短期内获得可见的实际效果，而是探索知识本身的真谛。科学家当然对基础研究有着浓厚的兴趣。这是他们乐于从事的事业，从许多方面来说，这也是使他们成为科学家的首要因素。但是支持基础研究是为了社会的利益。这也是为什么有利于人类的重大发明大量涌现的原因。少数规模宏大的、野心勃勃的科学研究计划是否就应该获得比数量众多的小型研究计划更多的投资，这是一个值得研究的问题。
我们在开展以促进经济和保卫我们的生活为目的的发明研究时深感力不从心。这是由于我们历来缺乏基础研宪。事实上，我们对自然的广泛探索，产生了我们从来没有想到过的可应用成果。当然这种成果并不经常出现，但出现的次数已经足够。
把钱给麦克斯韦这样的人似乎是对纯属“靠好奇心驱动的科学”所进行的最荒唐的鼓励行为，也被认为是实际立法者的草率判断。为什么现在要把钱送给那些只会讲普通人难以理解的胡言乱语的“书呆子”科学家，让他们满足其嗜好，而同时却有许多国家急需却得不到解决的问题无人理睬？根据这一观点，我们可以很容易理解为什么将科学放置到另一个地位的原因。科学团体只不过是另一种压力集团，他们急切地希望保持资金不断投入，这样，科学家不必整天去艰苦工作就可以领到工资。
当麦克斯韦第一次得出四个基本电磁方程式时，他并没有想到收音机、雷达和电视；当牛顿首先了解了月球的运动规律时，他从没梦想到过太空飞行或通讯卫星；当伦琴研究一种被他称为X射线的神奇的穿透性辐射时，他并未打算用于医疗诊断；当居里夫人辛苦地从数以吨计的沥青铀矿中提炼出含量极少的镭时她没有想到过癌症的治疗；当弗莱明注意到一株细菌菌落周围长满霉菌的现象时，他没有打算用抗生素来拯救无数人的性命；当沃森和克里克对X射线对DNA衍射产生的结果感到迷惑不解时，他们没有想到过这个发现可用于遗传疾病的治疗；当罗兰和莫里纳开始研究卤素在平流层光化学中的作用时，他们并没有指出氟利昂对臭氧层的破坏作用。
国会议员和其他政治领导人不时忍不住对那些要求政府资助的看起来很费解的科学研究建议进行嘲笑。甚至于像哈佛大学的毕业生——威廉·普鲁克斯米尔这样有才华的议员也有偶尔颁发“金毛羊”奖的习惯——很多是为了纪念一些表面看起来毫无用处的科学工程的奖——包括外星智能生命搜索计划。我猜想以前的政府可能也有同样的想法：弗莱明先生只是希望研究发臭乳酪中的虫子；一位波兰妇女只是想从数以吨计的中非矿石中筛炼出极少量的她说能在黑暗中发光的物质；开普勒先生也只是想听听行星们所唱的歌。
这些发现以及其它大量的发现为我们这个时代增添了光彩并构成了我们这个时代的特征，我们应该感谢这些发现，是这些发现使我们过上现在的生活。这些发现完全是那些有机会按照自己的思考进行研究的科学家创造的，是在他们的同行们严格的检验下进行的，是对自然进行基础研究获得的结果。在最近20年中，日本在工业可应用的发明方面取得了很好的成就。但是可应用的发明是如何获得的？它们来自基础研究，来自对自然本质问题的研究。只有通过这些基础研究，我们才能获得用于发明实用技术的新知识。
科学家们有义务，特别是当他们要申请大笔经费的时候，就更需要非常明确而诚实地说明他们要进行的研究。超导超级对撞机（SSC）可能是我们这个世界上探究物质的细微结构和早期宇宙本质的重要工具。它的造价估计在100亿到150亿美元之间。1993年，这个工程在花费了近20亿美元之后被国会取消了，这个结果无论对科学家还是对政府来说都是最糟糕的。但是这场争论的结果却不是最糟糕的。我认为，争论主要告诉了我们政府对科学支持的兴趣日益降低。国会中几乎无人
知道现代高能加速器的作用。它们不是用来制造武器的。它们没有实际应用价值。在很多人看来，它们是用来产生令人担忧的称做“阐释万物的理论”的东西。这种理论包括各种对夸克、吸引力、气味、颜色等物质存在形态的说有，听起来物理学家似乎很聪明。至少是在那些我曾与之交谈过的国会议员们看来，整个事情说明“一帮‘书呆子’在发疯”。我想这是一种描述建立在探究精神基础上的科学的不大宽容的方式。如果没有人知道什么是希格斯玻色子，也就不可能有人会为此而掏钱。我曾经读过一些试图说明建造超导超级对撞机必要性的材料。在说明其最终用途上，有些材料写得还不错，但是没有任何文章是真正为那些具有相当高的知识水平、虽然不是物理学家但却不乏怀疑精神的人写的。如果物理学家们申请100到150亿美元去建造一个毫无实用价值的机器，那么他们至少应该花大力气，用复杂的图形、术语和可以使用的英语来说明他们的建议的合理性。我想，资金管理不善，财政有限和政治上的不称职，这些都是导致超导超级对撞机计划失败的关键因素。
现在越来越多地出现了有一种关于人类知识自由市场化的观点，这种观点认为，基础研究不应该依靠政府资助，而应与社会其它机构和寻求资金的人展开竞争。如果他们的研究得不到政府资助，必须参与他们所处的那个时代的自由市场经济的竞争。那么，在我的名单上罗列的任何科学家都不可能进行其基础性研究。现在基础研究的费用要比麦克斯韦时代大得多，这些费用不仅用在理论研究上，尤其用在实验研究中。
即使是基础研究要参与自由市场竞争，但是自由市场的力量是否能支持基础研究？如今仅有10％的值得称赞的医学研究申请课题获得了经费。花在庸医上的钱比用于所有的真正医学研究上的钱却要多得多。如果政府不支持医学研究将会出现什么结果？
基础研究的必要性就在于它在未来将产生其应用效果，这种应用价值在几十年、甚至几百年之后才会显示出来。另外，没人知道基础研究的哪些领域会具有或不具有实用价值。如果科学家都不能作出这种预测的话，政治家或实业家们可能作出吗？如果自由市场的力量只注重于短期效益——正如美国的公司中进行的大部分研究必然会大幅度衰退一样——这种解决问题的方式不就等于放弃了基础研究吗？
砍掉基础性的、按照科学家的兴趣所进行的科学研究无异于吃掉玉米种子。今年冬天我们可能还会有一点吃的，但是明年我们将拿什么去种植，以使我们和子孙后代们能有足够的玉米以度过下一个冬天呢？
当然，我们的国家和人类正面临着许多急需解决的难题。但是减少基础科学研究不是解决问题的办法。科学家并不构成一个选举集团，他们也没有可以有效地向议员进行游说的团体。然而，他们的许多工作都是为所有人谋福利的。放弃基础研究将会对科学家的勇气、想象力造成挫折，使我们未竟的美好研究项目毁于一旦。它还可能会沉重地打击那些我们曾描绘过的假设的外星生命，它们再也看不到未来。
当然我们需要扫除文盲的工作、教育、就业、足够的医疗和国防力量、环境保护、老年人的保障、预算平衡以及许许多多其它的事情。但是，我们的社会是富足的，难道我们不能培养出我们这个时代的麦克斯韦吗？举一个具有象征性的例子，我们难道真的无力支付仅值一架进攻性直升机的钱（相当于购买玉米种子）用于倾听来自外星生命的声音吗？
第二十四章 科学与巫术
哪里有怀疑，哪里就有自由。
拉丁谚语
1939年纽约世界博览会题目为“未来世界”，这个展览使我这个来自最封闭的布鲁克林市的小观众目瞪口呆。仅从这个主题上看，它在向我们说明我们会拥有一个未来的世界，即使是最不经意的一瞥也足以证明它将比1939年的世界更加美好。尽管我没有注意到那些细微的异常情况，但是许多人在人类历史上最残暴、最不幸的战争开始前夕仍渴望着能消除对战争的恐惧和疑虑。我知道至少我将在未来的世界中成长。博览会所展示的明亮而光辉的“未来”令人向往、充满希望。而被称做科学的东西显然是实现美好未来的手段。
但是如果博览会的活动稍稍有所不同，那么，它给我的教益可能就会大得多。光彩的场景后面是残酷的争斗。大出风头的是博览会主席和主要发言人格罗弗·惠伦，他曾是公司董事，后来在前所未有的警察残暴统治时期任纽约市警察局局长，还是公共关系的改革派。正是他希望博览会大厦主要用于商业性、工业性，特别是消费品的展览，也正是他使斯大林和墨索里尼坚定不移地认为应该建造奢侈的国家级的豪华建筑（后来他还抱怨他经常不得不敬法西斯式的礼）。据一位设计师说，展览会的层次只适应12岁儿童的智力。
然而，正如美国大学的历史学家彼得·库兹尼克所描述的那样，包括哈罗德·尤里和阿尔伯特·爱因斯坦在内的一群杰出的科学家认为，将科学介绍给公众是为了科学本身的发展，而不是仅仅为了出售一点科学小成品。传播科学的重点在于科学的思维方法，而不仅是介绍科学的成果。他们坚信广大公众对科学的理解是抵制迷信，防止执拗偏狭思维方式的有效手段。正如科普专家沃森·戴维斯所言：“科学之路即民主之路。”另一位科学家甚至认为，公众对科学方法的理解将会起到“最终战胜愚昧”的作用。这是一个很重要，但也很难实现的目标。