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成都科协：有一种美叫麦克斯韦方程组( 二 )


成都科协：有一种美叫麦克斯韦方程组
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电磁感应实验
与当时大多数人还沉迷于用超距力理论来对电和磁的现象做出解释不同 ， 法拉第首先提出了磁铁周围存在一种神秘且不可见的“电紧张态” ， 这就是“磁场”的概念 ， 不过 ， 将这些想法打造成为完整的理论超出了他的数学能力 ， 而验证这一切的正是后来的麦克斯韦 。
对前人理论的研究和探索 ， 麦克斯韦终于在1873年出版了他的电磁学专著《电磁通论》 。
这可以说是电磁学发展史上一个划时代的里程碑 。 在这部著作里 ， 麦克斯韦总结了前辈们各大定律 ， 以他特有的数学语言 ， 建立了电磁学的微分方程组 ， 揭示了电荷、电流、电场、磁场之间的普遍联系 。 这个电磁学方程 ， 就是后来以他的名字著称的“麦克斯韦方程组” 。
成都科协：有一种美叫麦克斯韦方程组
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麦克斯韦方程组微分形式
公式表明了电场和磁场彼此不是孤立的 ， 变化的磁场可以激发涡旋电场 ， 变化的电场可以激发涡旋磁场 ， 它们永远密切地联系在一起 ， 相互激发 ， 组成一个统一的电磁场的整体 。
英国科学期刊《物理世界》曾让读者投票评选了“最伟大的公式” ， 最终榜上有名的十个公式里 ， 有著名的E=mc2、复杂的傅立叶变换、简洁的欧拉公式……但“麦克斯韦方程组”排名第一 ， 成为“世上最伟大的公式” 。
或许 ， 并不是每个人都能看懂这个公式 ， 但任何一个能把这几个公式看懂的人 ， 都一定会感到背后有股凉风 。 虽然自然界冥冥之中自有感应 ， 但怎么有人能解释如此完美的方程？
这组公式融合了电的高斯定律、磁的高斯定律、法拉第定律以及安培定律 ， 完美地揭示了电场与磁场相互转化中产生的对称性优美 ， 统一了整个电磁场 。 比较谦虚的评价是：“一般地 ， 宇宙间任何的电磁现象 ， 皆可由此方程组解释 。 ”
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04
一个公式开启的人类新篇章
当我们坐在桌前的椅子上用电脑工作的时候 ， 椅子和人体的重量已经构成了力学体系 ， 描述力学体系基础理论的伟大人物是牛顿 。
我们的电脑通过插在电源插座上电源线供电 ， 而电源线中有工作电流流过 。 表述导线是如何传输电能的核心理论就是麦克斯韦电磁理论 。
当我们使用手机时 ， 我们甚至都没有想到这些手机接收和发射的都是电磁波 。 麦克斯韦是历史上第一位预言电磁波存在的人 。
经过后人的研究和开发 ， 我们终于有了收音机、收发报机和手机 ， 有了航空航天的通信传输系统 。 我们可以操控无人机拍摄我们的家园 ， 甚至电脑屏幕上出传输过来的图像 ， 电磁波通信系统都不可或缺 。
成都科协：有一种美叫麦克斯韦方程组
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爱因斯坦在麦克斯韦百年诞辰的纪念会上说过 ， 麦克斯韦是“是牛顿以来 ， 物理学最深刻和最富有成果的工作 。
麦克斯韦在电磁学上取得的的成就被誉为继艾萨克·牛顿之后 ， “物理学的第二次大统一” ， 如果说17世纪是一部牛顿力学史 ， 那么19世纪便是一部麦克斯韦电磁学史 。
17世纪 ， 牛顿定律让现代机械原理催生出蒸汽机 ， 机器首次取代人力 ， 人类进入“蒸汽时代” 。
而后19世纪 ， 麦克斯韦方程组启迪了爱迪生等发明家 ， 电首次取代蒸汽 ， 人类进入“电力时代” 。
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05
低调谦逊有内涵
然而 ， 麦克斯韦的公众知名度却远不如牛顿和爱因斯坦 。


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