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1820年,丹麦科学家奥斯特通过偶然发现的磁针偏转现象,提出电流存在磁效应。

此后不久,毕奥和萨伐尔提出了着名的毕奥-萨伐尔定律,可以算出任意电流在空间中产生磁场的大小。

安培发现了一个更实用更简单的计算电流周围磁场的方式,这就是安培环路定理。

1831年,法拉第提出了电磁感应定律。

1837年,法拉第引入了电场和磁场的概念。

1855年,麦克斯韦读了法拉第的着作《电学实验研究》,被书中各种各样的电磁感应实验所吸引,正式开始研究电磁学。

威廉·霍普金斯对麦克斯韦说:“你看了法拉第的那么多的实验,有没有什么感触。”

麦克斯韦说:“有,既然电与磁都可以看成一回事,那我们需要在数学上来统一描述才可以。”

威廉说:“那就免不了要找到很多新的概念了,我看到你建立了很多模型,我感觉你脑子里想的是正确的,但是难以把这样的事情描述清楚。这在数学上已经是一个问题。”

麦克斯韦试图想用自己的大脑去思考这个最本质的问题。

能想到的就是:

在磁铁不运动的时候电场线与磁场线是相互垂直的。

电场线在不运动的情况下,包围发生电场核心的凸包中穿透的电场线的数量是一定的。

在电荷移动的时候,就会产生磁场线。

磁场线是封闭没有截止点的。

没有磁单级。

麦克斯韦对威廉说:“这里最麻烦的,就莫过于要用微积分的方程来描述这些抽象的运动了。”

威廉说:“我知道你已经练就了这方面的本领。你会完成这个工作。法拉第在这方面不如你。”

麦克斯韦说:“我要建立电磁之间的数学关系,需要引进力线。我要正式提出位移电流的概念。我还有把电场和磁场结合成电磁场。除此以外,我还有思考电磁场的作用是一种电磁波。”

威廉说:“电磁波是什么?你要说它可以作用在电场和磁场上。那是如何运动,速度有多快?”

麦克斯韦说:“电场和磁场都是由电磁波产生的,是一种电波和磁波相互垂直的此消彼长的震荡的一种东西,数学上很容易描述,就是不太好想,让人不用一接受。速度的话,就是光速。”

威廉说:“你真的怀疑电磁场跟光是同一回事?”

麦克斯韦说:“一种感觉,电场、磁场和光子都是一种东西。”

威廉说:“你要是这么说的话,那我们就是拭目以待了。”

一直到他逝世的9年后,1888年,年轻的德国物理学家赫兹,通过实验首次证实了电磁波的存在,才真正验证了麦克斯韦理论的正确性。

奥利弗·亥维赛改良了麦克斯韦方程组,从20个方程化成4个。

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