這種新的理論係統允許洛倫茲從電子理論中引申出經典的力學法則,這就提供了一個物理學的電磁統一,這和赫茲所尋找的力學的統一相近。但是,很快遇到了嚴重的問題,這個理論的目的是根據電磁性質解釋一切現象,因為在這裏電子是原初的實體,但根據定義,電子的變形能是不能證明的。這些困難與洛倫茲關於電磁的世界觀有密切關係,這引導愛因斯坦根據狹義相對論和光的量子假設改造了物理學。
愛因斯坦的出發點是氣體的動力學理論,他受到這種理論的吸引,把它建立在一種不能證明的分子假說上,並根據分析布朗運動(熱能的波動)來檢驗這個假設。在這種分析過程中,他認識到,波動理論並不依賴擁有熱能的物體的物質性,這又促使他思考純輻射能的波動、黑體輻射問題。但當他把動力學理論應用於黑體輻射時,就得到了均分原理,他得出了黑體輻射能分配法則,但它是不正確的,愛因斯坦的錯誤被瑞利和一些人(包括普朗克)認識到了。事實上,隻要與瑞利的法則比較一下,就可以看出問題。愛因斯坦對這個問題的興趣與德魯德(Drude)的興趣一樣,是以電子的動力學理論為根據的,反過來,它又與洛倫茲的電子理論聯係在一起。愛因斯坦看到,動力學理論建立在特殊的假定之上,洛倫茲的理論把以上兩種理論結合在一起了,他以自己的方式來看洛倫茲的理論。他由於深信物理學理論的簡潔性和係統性,發現自己麵臨兩種選擇:要麼走一條自我一致的連續的場理論路線,要麼走一條自我一致的粒子理論路線。他選擇了後者。1905年,他發表了四篇經典論文,一篇引進了特別的光量子概念,作為一種啟發性的假設,經驗論的證據來自光電的和光吸引效應。另一篇提出了布朗運動的理論。
第三篇探索了質與能之間的關係。第四篇講了狹義相對論,根據它,洛倫茲的坐標轉換就被解釋為觀察者和被觀察對象間的相對運動的結果,而不是從屬於物理變化及通過不動的發光以太的運動。
麥克斯韋和狹義相對論之間的關係是很奇怪的。在某種意義上,狹義相對論是麥克斯韋理論的結果。事實上,麥克斯韋方程是與經典的伽利略的相對性的原則不一致的。從另一方麵看,由於放棄了以太媒質的參考係,愛因斯坦實際上否認了麥克斯韋假定的理論基礎。在更深層的意義上,愛因斯坦本人已認識到,這又是麥克斯韋自己場理論方法的自然發展的結果。在1905年後,愛因斯坦不斷向光量子假說進行挑戰,但很快他也相信,這個假說必須從純場理論中導出。光的波理論對解釋幹涉效應來講是必需的,這正如量子論對吸收效應一樣。另外,他的狹義相對論還把洛倫茲需要的一切作用的最大速度結合起來,這樣在一定距離內就不需要瞬時的作用了。這又需要物質與光的特殊理論。自1907年始,愛因斯坦努力把光量子作為奇點從純場理論中引申出來,這又帶來了引力論。就目前而言,這種理論在場理論的範圍內建立在超距作用的瞬時作用上。麥克I斯韋曾考慮過這種可能性,但後來又放棄了它。一開始,愛因斯坦在這些努力中失敗了,但他沒有放棄。我們一般講的廣義相對論更嚴格地說是一種關於引力的相對性的場理論,這是法拉第和麥克斯韋都曾提出過的物質場理論的實現。
麥克斯韋談到過媒質,使用過力學的類比。人們也許這樣問:在什麼程度上他的理論是當代場理論的先驅,特別是愛因斯坦廣義相對論的先驅呢?在麥克斯韋看來,媒質隻不過是能這種性質的接受器,它可以被解釋成為力學的以太。但這種解釋嚴格講並不是麥克斯韋理論的核心部分,麥克斯韋講的媒質就是當代場的概念。在紀念麥克斯韋誕生100周年時,愛因斯坦寫道:“在麥克斯韋以前,人們以為,物理實在——就它應當代表自然界中的事件而論——是質點,質點的變化完全是由那些服從全微分方程的運動組成的。在麥克斯韋之後,他們則認為,物理實在是由連續的場來代表的,它服從偏微分方程,不能對它作機械論的解釋。實在概念的這一變革,是物理學自牛頓以來的一次最深刻的和最富有成效的變革。”
愛因斯坦的評論很簡潔,但其基本的曆史洞見是正確的。
麥克斯韋理論自身導致了狹義相對論,他關於場理論的方法導致了廣義相對論。最後,我們來看一看20世紀物理學中最偉大的革命的情況。量子力學,與他的思想有更深的聯係,在這裏最重要的問題是顯現或形象化。前麵,我們把機械論的假設(自然是可以形象化的)和力本論的假設(否認力學的假定)作了對比。重溫麥克斯韋成熟的著作,就可以看到他是如何遵循力本論傳統的,但他又意識到機械論的價值。在他看來,自然沒有理由一定要符合我們的形象(想像),完全有理由假定我們關於自然的形象的類比是受到限製的和片麵的。但無論如何,這種形象化是理解和傳達理解所需要的。在麥克斯韋死後十多年間,物理學似乎被機械論所統治。到本世紀20年代,有少數物理學家並不求助於形象化的理想,即使光的波粒二重性也給他們提出了反對形象化觀點的許多證據。量子力學的創造是兩個物理學家和哲學家的努力,他們均反對形象化的理想,沃爾夫岡泡利(Wolfgang Pauli)主張,人的形象概念天生就不能處理波粒和場粒二重性,物理學必須建立在另一套概念上,原則上它們是可觀察的;尼埃爾·玻爾主張,我們的形象觀念是不完善的,我們不得不限製它們,量子力學就產生於泡利和玻爾之間的對話,產生於海森堡這樣的天才。這種學說的特點就是最後拋棄關於自然的形象化的標準。當然,形象化在物理學發展中仍起重要的作用。我們仍可以設想費因曼(Feyn man)的基本粒子相互作用的形象化,但這幅圖畫不能再與量子物理學的實在混淆在一起了。