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家装百科|走进超级烧脑公式，灵魂的冲击，感触电磁理论创建人开挂般的人生


2004年 ， 英国的科学期刊《物理世界》举办了一个流动：让读者选出科学史上最伟大的公式 。 结果 ， 麦克斯韦方程组力压质能方程、欧拉公式、牛顿第二定律、勾股定理、薛定谔方程等”方程界“的巨擘 ， 高居榜首 。
爱因斯坦在普林斯顿高等研究所工作多年 ， 在他的办公室墙上 ， 挂着三个人的画像 ， 他们分别是牛顿、法拉第和麦克斯韦 ， 这是他心目中最为崇敬的三位大师 。
詹姆斯·克拉克·麦克斯韦有着一把长胡子 ， 神态严厉、目光炯炯 ， 固然只活了48岁 ， 却在电磁学、光学、分子物理学、天文学等诸多领域做出了最杰出的贡献 。 如果说 ， 是牛顿把天上、地上的运动规律同一起来 ， 实现了物理学中的第一次大同一 ， 麦克斯韦则把电、磁和光同一起来 ， 实现了物理学中的第二次大同一 ， 麦克斯韦与牛顿这两位大师共同将经典物理学推至巅峰 。
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麦克斯韦总结了人类对宏观电磁现象的全部熟悉 ， 从理论上建立了电与磁间的联系 ， 天才地预见了电磁波 ， 为后来的无线电电子学的诞生与技术的发展开辟了道路 ， 使无线电通信、雷达、导航、遥感、无线电广播、电视、计算机、移动电话等这一切现代技术的发展成为可能 。
1854年 ， 麦克斯韦以优异成绩从剑桥大学三一学院获得数学物理专业的学位 。 法拉第的名著《电学实验研究》就在这一年出版了 ， 这是法拉第总结毕生对电磁现象研究成果的一部巨著 。 麦克斯韦留意到 ， 法拉第对实验的叙述并不就事论事 ， 而是站在一定的高度上 ， 揭示电磁现象的本质 ， 麦克斯韦立即被其中的新奇见解所吸引 。
他捉住了法拉第的两个重要的物理思惟：一个是在电荷间与磁体间能“隔空”相互作用的解释上 ， 法拉第引入了“力线”以及“力致空间紧张”的思惟 ， 这一思惟就是电场与磁场概念的雏形；另一个是法拉第通过电磁感应揭示了电与磁之间的对应关系 ， 更启示了“电世界”与“磁世界”内在的对称性 ， 这两个思惟给麦克斯韦很大的启发 。
令麦克斯韦奇怪的是 ， 在法拉第厚厚的三卷巨著中 ， 他找不到一个数学公式 ， 这是为什么呢？作为一个谙习理论研究的物理学家 ， 麦克斯韦以为用数学 ， 而且只有用数学才能更简洁地描述物理现象 ， 才能更深刻地揭露物理实质 。 在对法拉第深感钦佩之余 ， 他发现了法拉第的不足 ， 仅有思惟的高度 ， 缺乏数学的凝练表述 ， 天然缺乏理论上的严谨 ， 也就不能走远 。 正如康德所说 ， “在任何特定的理论中 ， 只有其中包含数学的部门 ， 才是真正的科学 。 ”
当时的麦克斯韦仅有23岁 ， 他决心增补法拉第之不足 ， 寻求电与磁之间的“真正的科学” 。 一年之后 ， 1856年2月11日 ， 他发表了“法拉第的力线” 。 在这篇论文里 ， 他用数学方法把法拉第所预言的力线概括为一个方程 ， 使法拉第的学说有了定量的数学表示 ， 这篇论文立即引起了物理学理论界的留意 。
1860年 ， 麦克斯韦前往伦敦造访法拉第 ， 尽管法拉第69岁 ， 麦克斯韦29岁 ， 一个年近古稀 ， 一个正值丁壮 ， 但完全没有代沟 ， 二人相见如故 。
法拉第盛赞麦克斯韦：“我惊奇地看到 ， 这个主题居然处理得如斯之好” ， “我并不认为自己的学说一定是真理 ， 但你是真正理解它的人” ， “你不应该局限于借用数学来解释我的见解 ， 而应该突破它 。 ”
法拉第的话 ， 像一盏明灯 ， 照亮了麦克斯韦前进的道路 ， 使他进一步领悟到 ， 不仅要用数学的方法去解释法拉第的学说 ， 还应该用数学去突破和超越前辈的成就 。
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沿着这个思路 ， 麦克斯韦继承研究电与磁间的数学规律 ， 其目的在于更深入地挖掘自然规律 ， 更深刻地了解天然的设计 。 5年之后 ， 即1861年 ， 他在英国伦敦皇家学会《哲学学报》上又发表了第二篇电磁学的论文“论物理的力线” 。 在这篇闻名的论文里 ， 他斗胆地引入了一个称得上划时代的新概念 ， 这就是“位移电流” 。 这一新概念的引入 ， 不仅将电容器充放电的电路闭合 ， 还打破了只有“传导电流”才能产生磁场的传统束缚 。 位移电流的划时代意义还不仅如此 ， 因为它的引入 ， 更深刻地揭示了电磁规律在形式上的完美与对称 。 在此基础上 ， 麦克斯韦建立了两个非常精炼的数学公式 ， 这是两个高度抽象的微分方程 ， 只有几个数学符号 ， 看上去既对称又简朴 ， 其含义却非常丰硕 ， 因而十分漂亮 。 物理规律的数学化不仅囿于它的简单化 ， 更重要的是深刻化 ， 在数学化的同时 ， 科学也在向着纵深发展 。


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