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成都科协：有一种美叫麦克斯韦方程组

01
公式界的伟大与美丽
说到麦克斯韦 ， 想必很多人是在高中物理课本上听说过的名字 ， 记性好一些的同学可能还会记得是麦克斯韦发现了电动力学定律 。
如果你对物理学不感兴趣 ， 那么了解到以上程度就已经非常优秀了 。
但如果你是——心怀宇宙并对理论物理发烧或渴望在这些方面有所建树的话 ， 这样的认识就显得非常局限了 。
如果我们从全世界的物理学家中随便挑一位出来问：“你认为还有哪位理论物理学家能够和牛顿、爱因斯坦平起平坐？”
他们几乎都会回答一个名字——麦克斯韦 。
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麦克斯韦
就像美国著名物理学家理查德·费曼所说：“人类历史从长远看 ， 好比说到一万年以后看回来 ， 19世纪最举足轻重的毫无疑问就是麦克斯韦发现了电动力学定律 。 ”
一万年太久 ， 只争朝夕 。
活在人心没有被遗忘的 ， 都值得被庆幸 。
除了麦克斯韦方程组奠定了人类“第三次工业革命”的理论基础 ， 让人类迈进“信息时代”崭新的时代外 ， 它还有一个“文艺”但却和理论物理带给人的“严肃刻板”印象一反常态又被公认的评价：世界上最美的方程组 。
而美好的事物往往又都有一个相同的特质：那就是和谐 。
麦克斯韦方程组在“和谐”这个层面上堪称完美 。
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麦克斯韦方程组
麦克斯韦方程组解决的问题是“电”与“磁”之间明显存在而又无法被统一和证明的关系 。
02
说到“电”与“磁”
在很久以前 ， 人类就有限地发现了静电和静磁的现象 ， 但在漫长历史岁月里 ， 两者井水不犯河水 。
由于摩擦起电 ， 在古希腊及地中海区域的古老文化里 ， 早有文字记载 ， 将琥珀棒与猫毛摩擦后 ， 会吸引羽毛一类的物质 ， “电”的英文语源更是来自于希腊文“琥珀”一词 。
而关于磁 ， 中国是对磁现象认识最早的国家之一 。 公元前4世纪左右成书的《管子》中就有：“上有慈石者 ， 其下有铜金 。 ”这是对此的最早记载 。
那么要说电和磁之间究竟有什么联系还要追溯到......
1785年 ， 法国物理学家库伦（没错 ， 就是命名电荷量单位“C”的物理学家）将万有引力的套路应用到静电学中 ， 和星球间发生万有引力一样 ， 想了解两个带电球之间的作用力是否也同样遵循了相似的规律 。
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库仑
他就设计实验得出了静电力与电荷电量成正比 ， 与距离的平方反比关系 。
这一规律就被总结为“库仑定律”（静电力与电荷电量成正比 ， 与距离的平方反比） 。
后来他又设计实验证明了磁极之间的相互作用 。 这就是经典磁学理论 。 但库伦并没有进一步推测两者的内在联系 ， 但这还是为整个电磁学奠定了基础 。
03
终成眷属的电与磁
最先发现电和磁之间联系的 ， 是丹麦物理学家奥斯特 。
他在1820年意外地在实验中发现了电流的磁效应：当导线通电流时 ， 下方的小磁针产生偏转 。
这一惊人的发现使得年轻人纷纷转行投身其中进行深入研究 ， 这当中就包括数学神童——安培 。
当安培得知奥斯特发现电和磁的关系时 ， 他立马放弃了自己小有成就的数学研究 ， 进军物理学领域 ， 最终提出了我们广为熟知的右手螺旋定则（大拇指的方向为电流方向 ， 四指的绕向为磁场方向 。 ）
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安培右手螺旋定则
后来的1831年 ， 由法拉第发现了磁与电之间的相互联系和转化关系：只要穿过闭合电路的磁通量发生变化 ， 闭合电路中就会产生感应电流 ， 这种利用磁场产生电流的现象就被称为著名的电磁感应 ， 产生的电流叫做感应电流 。 （全都是高中物理）


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