我们在前面的论述中已经看到，到18世纪，牛顿理论得到普遍的接受，但也有反对的观点。康德曾试图调和莱布尼茨和牛顿的观点，但后来他放弃了，转而支持牛顿。康德试图通过欧几里得几何的先验性证明牛顿绝对空间的逻辑必然性，但19世纪非欧几里得几何的产生和应用，最终证明了康德的努力是徒劳的。“就超距作用而言，康德愿意容忍它在理论解释中的存在，但不愿意承认这样一种机制实际上在起作用。这可能被认为是理论只是‘拯救现象’，而没有解释任何物理现实。然而，如果这是康德的意图，那就值得怀疑了。在他的《自然科学形而上学基础》中，他把吸引力和排斥力都重新定义为同样基本的，吸引力作用于远处，排斥力作用于物质所在地。”^[12]

牛顿关于光微粒的观点，即中心力学说，已经有了接近场论的倾向。博斯科维奇（R.J.Boscovich）认为粒子是没有物质范围的点，它产生了力场，其吸引和排斥性随径向距离的变化而变化，他提出了一个远距离运动的模型，此模型体现了菲尔德场论的一些特征。这些观点后来由法拉第等人发展成为场论。

“场”这一概念和理论是描述物质不同于“粒子”理论的另外一种理论。“磁场”这一术语是1845年由法拉第引入物理学的，随后1849年，W.汤姆逊在给法拉第的信中最先使用的“力场”的术语；麦克斯韦最先提出了“电磁场”这个概念，在他1865年的论文《电磁场的动力学理论》中，给场的概念做了最早的明确定义。他指出：“由于电磁场必定与带电体或磁性物质周围的空间有关，因此我提出的理论可以称为电磁场理论。”场的概念不支持超距作用理论，在电磁场中，力是通过各带电体或磁体之间的空间存在的场的所谓连续元素的作用机制来传递的。^[13]场作为一种媒介传递机制，起到类似于“以太”在接触作用机制中的作用。场既可以表征为力场，也可以用力的空间分布的术语来表示。

关于场的结构，法拉第提出了两种类型，第一种是以周围介质的连续粒子为中介的场，例如，电作用是通过布满物质（电介质）空间的连续粒子的作用来传递的；第二种是断言力线为第一性的场。这两种不同的类型涉及对场和物质性质之间关系问题的不同看法。法拉第指出，根据原子论，原子并不是彼此接触的，而且如果紧邻粒子间的作用不存在的话，那就必须说明原子之间的空间会有一种传递粒子间的力的作用。法拉第认为，空间不具有类似于材料物质的因果特性或分布特性，“纯空间不能像物质那样起作用”，因此，原子论和虚空都应被抛弃。他断言，物质不可能是由广延的不可重叠的原子所组成的，而是应该设想物质是充满空间的“动力”媒介所组成的，即“物质由动力组成”。这一物质理论否定了牛顿的物质理论，即粒子的不可穿透性和不可分割性；也否定了牛顿用物质和力的二元论来定义物质属性（即设想物质是由产生引力和斥力作用的实心点所组成的）。根据法拉第的理论，“物质是整体连续的，在考虑物质时我们不必考虑物质的原子和所处间隙间的差别”。物质借助其“动力”的本质就可以定义物质的属性，物质连续地向周围的空间延伸，所谓物质“粒子”间的相互作用就是“力中心”间的相互作用，或者说动力的分布是在空间弥散开的。^[14]

在1852年的《磁力线的物理特征》的论文中，法拉第明确指出：“力同力之间的关系只可能是力通过周围空间的曲线同曲线的关系，而且如果中介空间中没有物质实在的东西存在，我们便无法设想力的曲线是何道理。”也就是说，力线就是物理实在的原始实体，而不只是表示极化粒子排布的符号。这里，磁场的实在性就体现在力的实在性上。但这种把力线作为第一性的场的观念与他之前的动力物质空间整体性的观点并不一致。之后，W.汤姆逊和麦克斯韦试图从“以太”的力学理论出发，再一次以机械论解释为纲领，对力传递做了系统研究，以期获得对场的作用机制的前后一致的表述。^[15]

W.汤姆逊在关于电学理论的最初研究中，通过类比热现象和电现象之间的数学相似性，指出，尽管热现象和电现象之间的数学对应性并不能说明静电力传播的物理假设一定正确，但数学上的对应性暗示了在连续粒子间传递作用的理论基础很可能建立起适当的模型。1847年，他在《关于电、磁和电流力的力学表述》一文中，用斯托克斯提出的处理连续介质的转动和应变所用的数学方法，用弹性固体的应力和转动张力的概念来分析电磁力的传播问题。在1849年给法拉第的一封信中，W.汤姆逊画了一张磁场中力线的分布图，图中他用术语“力场”说明物质对磁力线的磁导率。在1851年的《关于磁学的数学论理论》一文中，他使用了“磁场”这一概念。他把“磁场”表述为“想象的磁性物质在空间连续分布的场”。这里的“磁性物质”可以设想为法拉第的力线第一性理论的一种化身，它布满空间、代表立场的空间分布，可以对力线在空间的分布做出数学的表述。

在1856年的一篇论文中，W.汤姆逊试图为他的物理场提出“动力学解说”。他采纳了热力学中分子运动理论，以及兰金的“以太”大气围绕分子核做旋涡运动的热理论。他表示，一切电磁吸引或排斥的现象和电磁感应的现象都可以被简单地视为构成热的运动物质的惯性和压力来加以解释。热的动力学理论为理论场论提供了理论模型。按照W.汤姆逊的理论，“以太”的运动构成了场。他设想，“以太”是填满宏观物体的分子之间空隙的连续流体，“以太”也可能是由离散分子构成的，也可能所有物质最终都是连续的，甚至物质表面的分子结构也是由连续“以太”的涡旋运动所产生的。之后的W.汤姆逊花了很长的时间来论证他的这种理论模型的物理实在性。从他1858年的一份手稿中看到，W.汤姆逊认为物质是连续的，根据“以太”填充理论，物体的分子结构、刚性和不可穿透性都是由理想弹性“以太”连续体的涡旋运动造成的。他在1867年的《论涡旋原子》的论文中提出了“涡旋原子”的理论，指出：“亥姆霍兹环是唯一真实的原子”。连续“以太”之内的旋转运动奠定了物质论的基础，因此也为场论提供了基础。^[16]

如何解决“以太”和物质的关系问题，以及物理场的作用方式问题是法拉第提出的关于场理论的基本问题。詹姆斯·克拉克·麦克斯韦为发展法拉第的物理场理论做了最系统的研究工作。麦克斯韦为法拉第的物理观念建立数学的表达，同时还修正了法拉第的概念，对法拉第利用周围媒质连续粒子的作用和物理力线理论作了改进和深刻的数学和概念分析，形成了系统的场的物理模型和数学模型。麦克斯韦遵循了W.汤姆逊的数学和物理概念，采用了他用分子涡旋的转动模型来表示场的物理构造。

1856年的论文《论法拉第的力线》是麦克斯韦对场论的最早探索。在此论文中，受到W.汤姆逊关于数学模型和物理实在关系的方法的启发，麦克斯韦希望重视数学表述和物理描述之间的差异，同时也希望得到对自然界作数学描述的物理含义所在。他建立了一种场的“几何模型”，力在场中作用的方向由分布在空中的力线来表述。为了解释力的强度，他通过“数学的相似性”和“物理类比”的方法，设想了“流体”概念，并假定不可压缩的流体限制在力线形成的管子里流动。不同于法拉第对场的物理化描述，麦克斯韦把法拉第的力线观念表述为场中力的空间几何分布。对麦克斯韦而言，由法拉第阐明的力学理论描述了“场”的几何结构，表明了力的空间分布、方向和强度，而不是像法拉第本人认为的那样，把“场”的物理结构设想为一种力的媒介。“场”的几何化或者说非中心力化，是把“场”作为第一性存在的关键一步。(www.daowen.com)

1857年在给法拉第的信中，麦克斯韦把力线的概念推广到解释引力的可能性。虽然麦克斯韦已经有了关于太阳引力线弯曲的思想，但对他而言，这并不意味着绝对空间本身结构的畸变。根据麦克斯韦的理论，空间是“场”存在的条件，“场”的几何模型是以绝对空间的假设为前提的，绝对空间的概念是建立物质实体之间关系的根基。

由于W.汤姆逊的启发，麦克斯韦重新考虑场的物理化模型。在汤姆逊工作的基础上，麦克斯韦认为场的物理表述需要以场为基石来建立周围“以太”的理论。在他的《论力线》中，他从力学观点出发，从讨论力线的物理几何入手，再处理电磁场问题，他用“电磁介质”的应变来阐述电、磁力传播的系统论理论。它假定磁场可以被描述为填充着转动涡旋流管的流体，涡旋管的几何排列相当于力线，涡旋旋转的角速度相当于场的强度。麦克斯韦把涡流模型用于力线的物理表述，抛弃了之前提出的抽象化几何描述。

为对涡旋模型的作用机制做进一步深入思考，麦克斯韦对“物理学力线”理论做了精细的研究。他的模型中“以太”的力学结构具有电学的对应物，“以太”的蜂窝单元具有弹性，单元的弹性畸变作为畸变的对应物，会引起一种所谓的表示电-磁介质粒子的“极化单元里的电位移”。“电位移”和麦克斯韦电磁方程组相结合，使电学方程和磁学方程之间出现了对称关系，从而实现了电学和磁学的统一。同时，麦克斯韦在对电磁介质的弹性假设和力学“以太”的弹性应力的对比研究中，计算出弹性横波传递的速度与磁电介质中“电位移”的传播速度相当，并且与光波以同样的速度传播。因此，“光是由引起电磁现象的同样介质的横向振动组成的”。这样麦克斯韦建立了一种具有光学-电磁学关联的统一的“以太”力学理论，是他对“以太”的物理真实性有了更强的信心。

1865年，麦克斯韦又开始改用抽象的解析法来发展电磁动力学，他放弃了建立“以太”力学机制的特殊模型的努力，认为场的物理理论的确立可能与任何特殊的力学模型都无关。同时，他继续采用力学的术语来表述他的电磁场的动力学理论。当然这种应用只是描述性的，而不是解释性的。在麦克斯韦强调场的储能功能之后，抽象的电动力学框架就更明朗了。在论证了能量只有与材料物质相联系时才能存在后，麦克斯韦得出结论，构成电磁场的“以太”介质是场的能量仓库。电磁波的传播被设想为能量在“以太”中的传播，把以太场看作是能量的储存器，“以太”作用机制服从普遍的动力学定律，对于其细致复杂的具体作用机制则不予追究。

麦克斯韦在1873年的《论电学和磁学》的论文中，采用的1867年由W.汤姆逊和泰特在《论自然哲学》一文中提出的分析力学公式，进一步发展了电磁学的动力学解释。他把拉格朗日方程用于建立广义运动方程，采用不涉及动量、速度和能量等概念的纯数学形式，使这些量由广义运动方程中的符号来表示。麦克斯韦强调了W.汤姆逊和泰特曾赋予能量以动力学的抽象地位，指出，场由动力学系统的结构和运动来描述，场的能量不需要涉及该动力系统的内部结构就可以加以明确的阐述。也就是说，场是系统内部相邻各部分之间的彼此作用传递的一种物质运动的结构。^[17]

麦克斯韦以力学纲领建立了电磁学理论，洛伦兹则完成了在电磁概念基础上发展起来的普遍物理学。随着19世纪后期电磁理论的发展，以及对“以太”测量实验的结果的解释，洛伦兹虽然也赞同麦克斯韦方程组对电磁场的数学处理，但是他对力学自然观持反对立场，而相信电磁自然观。根据他的电磁以太理论，他认为应该抛弃“以太”的所有机械特征，把自然规律归结为由电磁场方程所描述的性质。根据电磁学世界观，洛伦兹解释了“以太”与物质的关系。麦克斯韦把“以太”看作是物质的一种状态，洛伦兹则将两者截然分开，他设想物质就是带电的粒子（即电子），从而把物质和“以太”分开。从电子和电磁“以太”两者的关系出发，来解释物质和“以太”的关系，电磁场和物质也就截然分开了。^[18]因此，他指出，由于场完全摆脱了力学的所有性质并与普通物质分离了，场是一种完全独立的物理实在。

按照洛伦兹的观点，电磁学是建立物理学的概念基础，万有引力定律可以通过电磁以太理论得到解释，力学定律也可以被作为电磁学普遍定律的一种特殊情况来处理。如前所述，他还用电磁学术语来定义惯性和质量，否定质量是一个不变的恒量，而把质量作为恒量是牛顿物理学的最基本原理。把质量作为一个可变量的爱因斯坦的狭义相对论正是通过洛伦兹变换得来的。场和能量概念是促使经典物理学过渡到现代物理学的关键环节。1950年，爱因斯坦在《物理学、哲学和科学进步》一文中说道：“随着法拉第-麦克斯韦的电磁场理论的产生，要进一步改进实在论概念就成为不可避免的了。人们认为，有必要把最简单的实在那个角色说成是在空间里连续分布的电磁场，而过去这个角色被说成是有种物质。”^[19]

从本体论上来讲，麦克斯韦把场当作物质的一种状态，因此场没有独立的本体地位，至多也只是第二性的存在。洛伦兹虽然认为场是一种独立的物理实在，但他的以太场是一种与物质电子各自独立存在的实体，因此它的场概念也并不具有终极的本体论地位。20世纪之后发展起来的场论，把以太概念从物理学中排除，直接把场与物质等同，场概念成为当代物理学中第一性的存在。