第七节　麦克斯韦电磁场理论的建立

　　从出生地来说他属于爱丁堡，从功绩上来说他属于全世界。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　——普朗克

一、麦克斯韦(1831-1879)简介

　　英国物理学家、数学家。11月13日出生时，是法拉第发现电磁感应后2个多月。15岁在“爱丁堡皇家学报”发表论文，1854年从剑桥大学毕业，卡文迪什试验室首任主任。

　　虽然只活了49 岁，但他却写了100多篇有价值的论文。

　　麦克斯韦是一位可以与牛顿、爱因斯坦相提并论的科学家。

二、建立电磁场理论的工作

　　“把数学分析和实验研究联合使用所得到的物理知识，比之一个单纯实验人员或单纯的数学家能具有的知识更坚实，有益和巩固。”　　　　　　　　　　　　　　　　　--麦克斯韦

　　1.1856 年，麦克斯韦发表了《论法拉第力线》一文，受到法拉第的赞赏。法拉第说：“我惊讶地看到，这个主题居然处理得如此之好”，麦克斯韦在文中认为法拉第将磁现象归结为力和场的观点，是一种更合适的科学语言。文中采用了类比法，将流线的数学表达式应用到静电理论中。

　　2.1860年，70岁的法拉第和30岁的年轻人麦克斯韦见面了，建立电磁理论的共同心愿超越了年龄的鸿沟，法拉第对麦克斯韦说:“你不要停留在用数学来解释我的观点上，而应该突破它。”

　　1861年，麦克斯韦写了《论物理力线》，提出:

　　　一个关于力线的机械模型，即电磁以太模型。

　　　创造性地提出位移电流和涡旋电场的两大重要假设。

　　　提出光波就是电磁波的理论：“光本身乃是以波的形式在电磁场中按电磁规律传播的一种电磁振动。”将电、磁、光理论进行了一次伟大的综合。

　　3.1865年，发表了《电磁场的动力学理》，用场的观点总结了电磁理论，构建了全新的理论框架。

　　4.1873年，麦克斯韦出版了《电磁学通论》一书，进一步将电磁学实验规律和定理定律，综合概括在一个方程组中， 以简洁的数学结构，揭示了电场和磁场内在的完美对称。《电磁学通论》是人类第一个有关经典场论的不朽之作。

　　1874年，麦克斯韦任卡文迪什实验室首任主任，1879年11月3 日，49岁逝世。

　　临终之际，他仍坚信自己的预言——电磁波理论，一定会插上翅膀飞向全球。

三、麦克斯韦成功的基本要素

　　1.寻找不同现象之间的联系，对电光磁建立了统一的理论解释。

　　2.在科学发现中重视科学方法的应用。

　　麦克斯韦曾写道：“为了采用某种物理知识而获得物理思想，我们应当了解物理相似性的存在。……利用这种类似，可以用其中之一，说明其中之二。”

　　3.想象力丰富，大胆猜测假设。

　　科学家也需要幻想，幻想不只是文学家的事。　——郭沫若

　　4.知识底蕴丰厚。

　　5.对理论完美和谐的不懈追求。

　　麦克斯韦认为：自然界是和谐的，一种反映自然规律的理论，如果框架上不完善，不和谐，也就意味着要进一步改进和探索。

四、意义

　　经典电磁理论的确立，成为人类改造自然，提高生产力的有力杠杆。据载，科技利用程度较高的生产率比之单纯手工业生产率在1770年为4：1，而在电气工业出现后这个比例为108：1。电磁学理论的成功，说明了科技是第一生产力。