Die Felder werden beweglich.
Nach Faradays Meinung sollte jede Ladung von einem elektrischen Feld umgeben sein. Das stets vorhandene Feld macht sich aber nur dann bemerkbar, wenn es beobachtet wird. Die Kraft, die es auf eine andere Ladung ausübt, erweist die Realität des Feldes. Existiert das Feld auch, wenn man keine andere Ladung zu seiner Beobachtung heranzieht? Gibt es Felder wirklich oder existieren vielmehr nur die Kräfte zwischen den Ladungen, die nur auftreten, wenn tatsächlich mehrere Ladungen vorhanden sind? Hier wird die Analogie zur Philosophie des Bischofs Berkeley offensichtlich. Für Berkeley war es notwendig, dass Gott alle Objekte stets beobachtet, um ihre dauernde Existenz zu sichern. Ein ähnliches Problem stellt sich uns nun für Felder. Gibt es die Felder auch dann, wenn wir sie nicht gerade mit einer anderen Ladung beobachten? Ist nicht die Kraft zwischen Ladungen alles, was wir wirklich messen können, und das Feld nur eine Fiktion? Die Spielregeln der Physik verbieten es uns, hier einen Deus ex machina zu Hilfe zu rufen, um die Existenz der Felder zu garantieren oder um zwischen den beiden Alternativen zu entscheiden, die von Coulomb und von Faraday ins Auge gefasst wurden. Wir müssen mit physikalischen Methoden herausfinden, welche Interpretation der Tatsachen richtig ist. Zunächst könnte man meinen, dass man das elektrische Feld ja jederzeit mit Grießkörnern sichtbar machen kann. Es sollte daher auch immer existieren. Doch enthalten auch Grießkörner kleine Systeme von Ladungen, die sich unter dem Einfluss der Kraft verschieben können, die von einer großen elektrischen Ladung im Labor ausgeht. Nur dadurch ordnen sie sich zu Ketten an. Auch Coulomb hätte diese Erscheinung erklären können, ohne ein elektrisches Feld annehmen zu müssen. Die Ideen von Coulomb und von Faraday postulieren ein völlig verschiedenes Inventar des Universums, um das gleiche Beobachtungsmaterial zu erklären. In jedem Fall werden Kräfte vorhergesagt, die mit dem Quadrat der Entfernung abnehmen, doch werden sie einmal durch eine Fernwirkung erklärt, die nur eintritt, wenn eine zweite Ladung vorhanden ist, das andere Mal dagegen durch die Nahwirkung des elektrischen Feldes, das stets und immer vorhanden ist. Ist es nicht eine metaphysische Frage, welcher von zwei physikalischen Theorien wir den Vorzug geben, die das gleiche Beobachtungsmaterial erklären? Offensichtlich können wir ja in dieser Situation nicht das Experiment zur Entscheidung heranziehen. Doch dürfen wir nicht in den Fehler verfallen, physikalische Theorien als endgültig gegebene, statische Gebilde zu betrachten, die keiner weiteren Entwicklung bedürfen oder fähig sind. Auch physikalische Theorien haben ihr eigenes Schicksal, sie entstehen und vergehen. Manche Theorien werden widerlegt, andere erweisen sich dagegen als Spezialfall einer übergeordneten Theorie, in der sie aufgehen. Dies war im Lauf der Geschichte auch bei den Ansichten über elektrische und magnetische Felder der Fall. Im Jahre 1856 war nämlich einer der größten Physiker des 19.Jahrhunderts, der Engländer James Clerk Maxwell, in der Lage, die von Faraday vorgetragenen Ideen über Felder in mathematische Formeln zu fassen und zu erweitern. Das Ergebnis seiner Überlegungen sind die maxwellschen Feldgleichungen, deren Bedeutung nur mit den newtonschen Gleichungen für die Bewegung von Körpern verglichen werden kann. Maxwells Grundidee ist einfach. Die materiellen Körper, also jener Teil des kosmischen Inventars, der bereits im 18. Jahrhundert bekannt war, können sich bewegen. Die newtonschen Gesetze geben die erforderliche mathematische Beschreibung dieser Bewegungen. Wenn Felder tatsächlich als selbständig und unabhängig existierender zweiter Bestandteil des Universums auftreten sollen, so müssen sich diese Felder unabhängig von der übrigen Materie bewegen können und ihren eigenen Gesetzen genügen. Die Entdeckung der Bewegungsgesetze für Felder, die gleichberechtigt neben die newtonschen Bewegungsgleichungen für Körper treten, war James Clerk Maxwells größte Leistung.

Maxwells Ätherrausch
Faraday hatte sich die elektrischen und magnetischen Feldlinien als dünne rotierende Schläuche vorgestellt. Ein solcher gummiartiger Schlauch würde dazu neigen, sich in der Längsrichtung zusammenzuziehen und dadurch anziehende Kräfte zu übertragen. Durch die Zentrifugalkraft der Rotation würde er andererseits seinen Umfang vergrößern und so einen Druck auf die benachbarten Schläuche ausüben. Dieser Vorgang lieferte die mechanische Erklärung der abstoßenden Kräfte, die zum Beispiel zwischen gleichnamigen Ladungen wirken. Die mechanischen Ätherwirbel, die Faraday als Grundlage von Elektrizität und Magnetismus betrachtet hatte, waren auch Maxwells Ausgangspunkt. Zunächst galt es, die anschaulichen Vorstellungen zu verbessern. Wie konnten zwei benachbarte Feldlinien, also kleine Wirbel, im gleichen Sinne rotieren, ohne sich gegenseitig zu stören? Reibungserscheinungen an der Grenzfläche der beiden Wirbel würden die Drehung und damit die Felder wohl bald zerstören. Um dies zu verhindern, erfand Maxwell den kugelgelagerten Äther. Zwischen die einzelnen Schläuche sollten kleine Kügelchen treten, um eine reibungsfreie Drehung der Feldlinien zu ermöglichen. Dies führte zu einem interessanten Effekt. Ändert sich die Stärke des Feldes von Punkt zu Punkt, so rotieren benachbarte »Feldschläuche« verschieden schnell. Die kleinen dazwischenliegenden Kugeln würden dadurch nicht einfach an derselben Stelle rotieren, sondern auch im Raume verschoben werden. Da die von Maxwell eingeführten Kugeln elektrisch geladen sein sollten, kam dadurch ein elektrischer Strom zustande. Maxwell bezeichnete ihn als »Verschiebungsstrom«, weil er auf die Verschiebung der Kugeln zurückzuführen war.

Der Verschiebungsstrom führte zu einem wichtigen und neuartigen Term in den Gleichungen, die Maxwell nunmehr - über Faraday hinausgehend - für die Bewegung der Felder formulieren konnte. Das neue Gleichungssystem enthielt alle bis dahin bekannten Tatsachen über Elektrizität und Magnetismus. Die Kräfte zwischen elektrischen Ladungen und zwischen Magneten waren darin ebenso enthalten wie Oerstedts Entdeckung von Magnetfeldern in der Umgebung elektrischer Ströme und sogar die von Faraday entdeckte Induktion. Die Art, in der diese Effekte durch die maxwellschen Gleichungen beschrieben wurden, war ebenso neuartig wie wesentlich. Aus den Gleichungen folgte nämlich, dass veränderliche Magnetfelder elektrische Felder hervorrufen und dadurch elektrische Ströme erzeugen können. Kurz gesagt, die Bewegung von Magnetfeldern erzeugt elektrische Felder. Neuartig war die von Maxwell vorhergesagte Erzeugung von Magnetfeldern. Die Rechnungen zeigten, dass nicht nur gewöhnliche elektrische Ströme von ringförmigen Magnetfeldern umgeben sein sollten, sondern auch der von Maxwell erstmals eingeführte Verschiebungsstrom. Da der Verschiebungsstrom auf die Veränderung von elektrischen Feldern zurückzuführen ist, konnte Maxwell nunmehr eine zweite Bewegungsgleichung für Felder formulieren: Veränderliche elektrische Felder rufen in ihrer Umgebung Magnetfelder hervor. Die Bewegung von Magnetfeldern erzeugt elektrische Felder, die Bewegung von elektrischen Feldern erzeugt Magnetfelder. Die beiden anfänglich getrennten Felder waren nun auf eine besonders innige Art vereint. Aus der Theorie von Elektrizität und Magnetismus war die Theorie des »Elektromagnetismus« geworden. Die maxwellschen Gleichungen bestätigten auch eine Vermutung, die bereits Faraday formuliert hatte. Wenn die Feldlinien als gespannte Schläuche im Äther aufzufassen sind, dann könnte man diese Schläuche auch anstoßen und in Schwingungen versetzen. Diese Schwingungen sollten sich in Form einer Welle von Punkt zu Punkt durch den gesamten Raum ausbreiten.