宇宙解码 – 一万年以后，麦克斯韦的电磁场方程仍然是19世纪最重要的发现

　　著名物理学家理查德・费曼曾说：“从人类历史的长远角度来看，比如，从现在算起到1万年以后，19世纪最为重要的事件毫无疑问是麦克斯韦电动力定律的发现。”也许您会认为费曼的这句话有点夸张了，1万年以后人类的科学技术会先进到什么程度？谁也不知道。但有一点很肯定，那就是，无论这个世界如何改变，一个成熟的、有着巨大实用价值的、且已得到实际应用的基础科学理论是永远不会改变的，麦克斯韦的电磁场理论就是一个最好的实例。

　　在19世纪以前，人们以为电和磁是两种互不相干的力。但在1819年，丹麦物理学家、哲学家汉斯・奥斯泰德发现，移动的电流会产生磁场，比如说指南针会对天空中的闪电做出反应。奥斯泰德由此推测，电和磁应该有一个统一的理论，它们可能就如同一个硬币的两个面。

　　立足于“电和磁是相互联系的”这个观念，“场”的概念在物理学上应运而生。物理学家将弥漫于空间的量称为“场”，例如，引力场在任何一点的值表示那一点引力的作用有多大。任何类型的“场”都是这样，即，场在任一位置的值，都表示场在那里的强度。

　　将一把铁屑洒在磁铁周围，你就会看到磁场存在的证据；将两块磁铁靠近，它们要么相互吸引要么相互排斥，你也能明显感觉到磁场的存在。对电磁力的全面理解由两位英国人完成，他们是科学史上最奇特的两位――迈克尔・法拉第和詹姆斯・克拉克・麦克斯韦。

　　法拉第是一位贫苦的伦敦人，由于家境贫寒，14岁就辍学了，可以说没有受过正式的教育。但他的特长是头脑聪慧，擅长实验，虽然他不懂数学，却写出了物理学历史上伟大的电磁场理论，其中竟然不包含方程。

　　迈克尔・法拉第

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　　著名物理学家理查德・费曼曾说：“从人类历史的长远角度来看，比如，从现在算起到1万年以后，19世纪最为重要的事件毫无疑问是麦克斯韦电动力定律的发现。”也许您会认为费曼的这句话有点夸张了，1万年以后人类的科学技术会先进到什么程度？谁也不知道。但有一点很肯定，那就是，无论这个世界如何改变，一个成熟的、有着巨大实用价值的、且已得到实际应用的基础科学理论是永远不会改变的，麦克斯韦的电磁场理论就是一个最好的实例。

　　在19世纪以前，人们以为电和磁是两种互不相干的力。但在1819年，丹麦物理学家、哲学家汉斯・奥斯泰德发现，移动的电流会产生磁场，比如说指南针会对天空中的闪电做出反应。奥斯泰德由此推测，电和磁应该有一个统一的理论，它们可能就如同一个硬币的两个面。

　　立足于“电和磁是相互联系的”这个观念，“场”的概念在物理学上应运而生。物理学家将弥漫于空间的量称为“场”，例如，引力场在任何一点的值表示那一点引力的作用有多大。任何类型的“场”都是这样，即，场在任一位置的值，都表示场在那里的强度。

　　将一把铁屑洒在磁铁周围，你就会看到磁场存在的证据；将两块磁铁靠近，它们要么相互吸引要么相互排斥，你也能明显感觉到磁场的存在。对电磁力的全面理解由两位英国人完成，他们是科学史上最奇特的两位――迈克尔・法拉第和詹姆斯・克拉克・麦克斯韦。

　　法拉第是一位贫苦的伦敦人，由于家境贫寒，14岁就辍学了，可以说没有受过正式的教育。但他的特长是头脑聪慧，擅长实验，虽然他不懂数学，却写出了物理学历史上伟大的电磁场理论，其中竟然不包含方程。

　　迈克尔・法拉第

　　尽管法拉第的电磁场理论非常重要，但其意义还仅仅停留在启示作用上，因为他不擅长数学，所以他的理论没有数学意义。法拉第是如何用文字描述“场”呢？他将“场”看作是很多束非常细的“线”，充满空间，就像是巨大的蜘蛛网，他把这些线称为“力线”，在法拉第看来，这些线是用来承载力和传递力的。法拉第提出他的理论不久，一位富有的苏格兰贵族出现了，他就是詹姆斯・克拉克・麦克斯韦，他也是当时最著名的数学家之一。

　　詹姆斯・克拉克・麦克斯韦

　　麦克斯韦知道了法拉第的电磁场理论，立刻敏锐地意识到法拉第的观点如金子一般可贵。他将法拉第的仅用了寥寥数语解释的观点，转换成了一整页方程，这些方程现在被称为麦克斯韦方程组，它是麦克斯韦融合了法拉第的理论然后用数学语言创立的经典电磁场理论，或者说，它是法拉第“力线”的数学表达。

　　运用这个方程组，可以从电荷和电流的分布推导出电磁场的值。由此，麦克斯韦进一步推想出了电磁波的存在，这些电磁波可以是各种各样的电磁辐射，最常见的就是可见光。因此，可以说麦克斯韦方程组是科学史上最美妙的成就，因为它告诉了我们光的本质。

　　知道了光的本质就是电磁波，为后人开启了一个全新的世界。现在，全部的现代通讯技术――收音机、电视机、电话、电脑、通信卫星、Wi-Fi、计算机网络等等，都是麦克斯韦理论预言的实际应用，而麦克斯韦方程组是现代电信工程师进行一切计算的基础。

　　奇妙的是，现今的全部技术都基于电磁波这一物理实体的应用，它并非通过实验被发现，而是来自麦克斯韦理论的预言，并且，起初仅仅是为了寻找一种数学方法来解释法拉第的“力线”。所以可以说，这就是理论物理学的巨大威力。

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