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( 二 )


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麦克斯韦的微分方程不仅圆满地解释了法拉第电磁感应定律 , 还可以解释迄今为止人们所看到的一切电磁现象 。 归纳起来 , 它包含两个方面:一是当电场变化时 , 即引起磁场;一是当磁场变化时 , 又会产生电场 , 二者紧密相关 , 相互激发 , 互为因果 。 恰是物理规律的数学化 , 使麦克斯韦斗胆地预言 , 这种交变电磁场可以向外传播出去 , 形成人们尚不知道的电磁波 。 这篇论文给当时人们的震撼可想而知 。
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1864年12月8日 , 麦克斯韦完成了更重要的第三篇论文“电磁场的动力学” , 他得到了一套非常完美的数学表述式 , 从中他有了一个更惊人的发现 , 这组方程竟然表达出一个波动方程!得到这个方程时 , 麦克斯韦有着难以掩饰的喜悦 , 他克制着内心的激动 , 当即根据波动方程的参数计算出波的传播速度 , 得到的结果真是令人难以置信 , 电磁波动的传播速度正好即是光速!这简直把他惊呆了 。 这是一个戏剧性的发现 , 麦克斯韦把电磁规律数学化以后 , 竟然一下子揭示出了两个惊天的秘密:电磁波是存在的 , 光就是电磁波!当时他计算出来的光速值是每秒310740000米 。
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麦克斯韦的这篇闻名论文在1865年1月1日正式发表在英国伦敦皇家学会《哲学学报》杂志上 , 以“论电磁场的电动理论”为题刊出 。 在自然科学史上 , 只有一个领域的科学达到一定的高峰 , 才有可能泛起以数学表述的形式 , 恰是前人库伦、奥斯特、安培、法拉第等人将电磁学发展到了一个个制高点 , 才使得麦克斯韦最后走向巅峰 。
1873年 , 麦克斯韦的辉煌巨著《电磁学理论》出版了 。 麦克斯韦总结前人的成果 , 将全部电磁学理论用简明、对称、完美的数学形式表达出来 , 这就是成为经典电动力学基础的麦克斯韦方程组 。 至此 , 宏观世界纷繁复杂的电磁现象 , 全部归纳到了这组方程之中 , 没有一个电磁现象能逃脱出这组方程之外 。 从这组方程出发 , 可以演绎出全部电磁规律来 。
麦克斯韦方程组长这样:
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或许 , 并不是每一个人都能看懂这个公式 , 但任何一个能把公式看懂的人 , 都一定会感到背后有股凉风 。 它将高斯定律、磁高斯定律、法拉第定律、安培定律 , 完美地呈现了电场和磁场相互转化所产生的对称性 , 并同一了电磁场 。 和麦克斯韦性格一样 , 这组方程低调、谦卑、内敛 , 却蕴含丰硕 , 成为了“世界上最伟大的方程式” 。 他突破了自然律 , 让黑暗彻底消失 。
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这套完美、和谐又对称的方程堪称一个精美的杰作 , 它与牛顿力学方程式、爱因斯坦引力场方程、薛定谔方程、狄拉克方程一起 , 把物理学推向了最高境界 , 以最浓缩、最简洁的数学语言 , 包含了最丰硕的内容 , 揭示了物理世界的基本结构 , 成为物理学中最壮丽的诗篇 。
麦克斯韦方程组的物理意义是:1.电场从电荷向外发散 , 体现了库仑力的作用;2.单磁极是不存在的;3.变化的磁场产生电场;4.变化的电场、电流产生涡旋磁场 。 麦克斯韦的理论后来被德国物理学家赫兹的实验所验证 。
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