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环球物理【名家说】！
前面我们已经分享索尔维会议与国际物理奥林匹克，
今天我们将继续跟大家分享——麦克斯韦的电磁理论
这一节我们先介绍麦克斯韦电磁理论的建立。
本文节选自北大物理学教授秦克诚先生的《方寸格致》！
法拉第丰硕的实验成果和他新颖的场的观念为建立电磁现象的统一理论准备了条件。完成这项历史任务的是卓越的英国物理学家麦克斯韦（1831—1879）。图（35-1）
在麦克斯韦建立他的电磁理论之前，诺埃曼、韦伯等德国物理学家，继承了安培的超距作用观点，对电磁现象的研究作出过不少贡献，形成了电动力学的所谓大陆学派。但是，他们试图在力学的框架内理解电磁现象， 提出各种复杂的相互作用“ 势”来描述电磁过程， 理论繁复而不自然， 未能建立起一个统一的理论体系；而麦克斯韦则继承了法拉第的近距作用观念，取得了决定性的进展。
麦克斯韦走了三大步才建立起电磁理论，前后共历时十余年。他一开始就把注意集中到法拉第的力线上。1856年，发表了电磁理论方面第一篇论文《论法拉第的力线》 ，在开尔文对热传导现象、 流体运动和电磁力线的类比研究的基础上，首次试图将法拉第的力线概念表述成精确的数学形式。他在文中给出了电场和磁场的已知定律的微分关系式。1862年，他发表第二篇论文《论物理的力线》 。在这篇论文中，他提出一个分子涡流以太模型，基于这个模型，通过数学计算可以得出电学和磁学中全部已知的基本定律，除此之外， 麦克斯韦还在这个模型的基础上引入了“ 位移电流” 的概念：变化电场引起介质电位移的变化，这种变化与传导电流一样在周围的空间激发磁场。 位移电流概念完全是麦克斯韦的独创（而且是在没有任何实验提示的情况下，只是为了保证理论的自洽性——与电荷守恒定律兼容而大胆引入的），因此，麦克斯韦电磁理论并不仅仅是法拉第的思想的数学精确化。提出位移电流不但保证了理论的自洽性，而且使理论具有一种对称性：变化的电场在周围的空间激发涡旋磁场，变化的磁场在周围的空间激发涡旋电场，这就为脱离场源而交互变化的电场和磁场——电磁场的独立存在提供了依据。电磁场是一种新型的波动， 以横波的形式在空间传播，形成所谓电磁波。1865年，发表了第三篇论文《电磁场的动力理论》 ，在这篇论文中，他不再用他过去提出的以太模型， 而是通过数学解析方法，总结了今天以他的名字命名的电磁场基本方程组。图20-5是尼加拉瓜（1971） 的＂变世界的10个公式＂票中关于麦克斯韦方程组的一张。邮票上的方程是由麦克斯韦方程组推出的电磁场所满足的波动方程，他因此预言了电磁波的存在。由于算出的电磁波在真空中的传播速度与真空的光速相同，麦克斯韦断言光就是频率在某一范围内的电磁波，建立了光的电磁理论。 麦克斯韦先用以太模型导出新的电磁场方程组， 然后又敢于舍弃原来的力学比拟，让电磁场理论从机械论框架中解放出来，成为独立的物理对象，这是麦克斯韦的伟大之处。 有人曾这样比喻：麦克斯韦来说，机械模型就好像建筑高楼大厦时的脚手架，楼房建好之后，脚手架就一点一点被拆掉了。
回顾电与磁的联系的发现经过是很有趣的：最开始是奥斯特发现持续电流的磁效应，得到了产生磁场的两个源之一（麦克斯韦方程组的第四方程的一半）。人们以为有逆效应存在，多方寻觅，在实验上发现的却是瞬态的磁场变化能够产生电场（方程组中的第三方程）。然后出于自洽和对称的考虑，从理论上提出位移电流,得到第四方程的完整形式。再以后，在相对论中，通过洛伦兹变换可以从电场得出磁场，两种＂同＂自然力就完全统一了。
今天就先跟大家分享到这里，明天我们继续为大家分享--麦克斯韦的电磁理论的意义！
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