史上最伟大的公式,麦克斯韦方程( 四 )


4. 磁场的环路积分奥斯特时代起 , 人们就认识到电流周围存在磁场 , 而且磁感应强度正比于电流 。麦克斯韦把这个特点用数学表达式写作:等号左边表示一个任意的闭合路径上的磁场路径积分 , 右侧表示这个闭合路径所包围的电流之和 。不过 , 麦克斯韦的思想不仅仅局限于此 。麦克斯韦设想:既然变化的磁场可以形成涡旋电场 , 那么变化的电场自然也能形成磁场 。
例如:在一个电路中有电容器 , 在电容器充电和放电的过程中 , 导线周围存在磁场 。而电容器中的电场会发生变化 , 它的地位应该等同于电流 。于是 , 麦克斯韦提出了位移电流的概念:变化的电场相当于电流 。最终 , 麦克斯韦把第四个方程写作:等号左边表示沿着任意一个路径的磁场路径积分 , 右侧的μ0表示真空磁导率 , I表示电流 , Ф表示这个路径上所包围的电场通量 。
这个方程表示:电流和变化的电场都可以引起磁场 。麦克斯韦的预言麦克斯韦方程组是人类有史以来最美的物理学方程 , 它具有强烈的对称性和自洽性 。它告诉我们:电场和磁场并非单独存在 , 而是统一于电磁场之中 。不仅如此 , 麦克斯韦还经过计算证明:如果在真空中存在一个振荡的电场 , 那么在振荡电场的周围就会产生磁场 , 而这个磁场又会进一步产生电场…如此往复 , 电磁场就可以向远处传播 , 形成电磁波 。
麦克斯韦计算了电磁波的速度 , 发现电磁波在真空中的速度刚好等于光速 , 于是大胆预言:光就是一种电磁波 。至此经典物理学走到了极致 , 物理学家们的信心极度膨胀 。以至于1900年物理学家集会时 , 开尔文爵士自豪的宣称:物理学的大厦已经基本建成 , 后世只要再做一些修修补补的工作就可以了 。只可惜 , 麦克斯韦没有亲手证实它所预言的电磁波 , 1879年 , 年仅48岁的麦克斯韦与世长辞 。
【史上最伟大的公式,麦克斯韦方程】而在同一年 , 现代物理学最伟大的科学家爱因斯坦刚刚出生 。在麦克斯韦之前 , 最伟大的物理学家是牛顿 , 因为他的万有引力定律统一了天上和地下 , 他证明了月亮和苹果满足同样的物理规律 。在麦克斯韦之后最伟大的物理学家是爱因斯坦 , 因为他的狭义相对论和广义相对论统一了时间与空间 , 让人们认识到世界实际上是在一个统一的时空中存在的 。

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