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爆炸吧知識

電磁學是經典物理學的一部分，提到電磁學就不得不提經典電動力學創始人-麥克斯韋。

麥克斯韋的名氣好像并不如牛頓、愛因斯坦那樣家喻戶曉，畢竟當提到牛頓的時候，這個公式就如同條件反射似得浮現出來（受力分析就不說了）；當提到愛因斯坦的時候，相對論已經婦孺皆知。但是當我們提到麥克斯韋的時候，迎頭痛擊的卻是

可能這就是麥克斯韋名氣不如牛頓的原因吧。畢竟麥克斯韋方程組中四個方程隨便拿出一個來，就可以介紹一到兩期。

電磁的統一之旅

早在春秋戰國時期，就有“山上有慈石者，其下有銅金”的記載。可見人們對于磁現象的認識可以追溯至很早之前。而靜電現象，在西漢時期才有記載。

1600年，英國伊麗莎白女王的御醫吉爾伯特出版《磁石論》，對天然磁石和地磁等方面研究做出了重要的貢獻。同時他也發現，許多物質，例如金剛石、藍寶石、樹脂、明礬等經摩擦后可以吸引微小物體，但這些性質并不像磁現象可以指南北，所以他將這一性質稱為“電的（electric）”，并發明了第一個驗電器。

為了讓空氣中的電被保存起來，1745年，荷蘭萊頓的穆欣布洛克發明了電容器的原始形式-萊頓瓶。萊頓瓶的發明為電的進一步研究提供了有利的條件。幾乎同一時間，富蘭克林提出了電是存于所有物質里面的一種元素，可以通過摩擦轉移。他認為摩擦獲得電的物體為帶正電，失去電的物體為帶負電。正負電的術語一直沿用至今。

18世紀后期，科學家們開始研究電荷相互作用的情況。1766年，普利斯特里猜測電之間相互作用與萬有引力應該是類似的，即作用力大小和距離平方成反比，但是沒有給出證明。

1773年，卡文迪許給出了電力和距離平方反比關系誤差不超過2%的結果，證實了普利斯特里的猜測。1785年庫倫設計了扭秤實驗，直接測定了兩個靜止的電荷相互作用的平方反比關系和乘積正比關系。

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雖然早在1750年，富蘭克林就觀察到了萊頓瓶放電可以磁化鋼針，甚至更早以前人們發現閃電會影響指南針，但是到19世紀科學界還認為電和磁是兩種不同的東西。

然而，丹麥的自然哲學家奧斯特對這種觀點持截然相反的態度，受康德的影響，他堅信電與磁之間存在某種關系。最終他發現，電流通過導線會引起磁針偏轉，發現了電流的磁效應。

奧斯特的電流磁效應打開了電磁研究的新大門。幾乎在之后的同一時間，安培發現載流線圈的磁效應（就是中學老師經常問你：敢不敢伸手比劃比劃，讓你知道什么叫右手（定則）），阿拉果研究了鋼和鐵在電流下磁化現象，畢奧和薩法爾研究了導線對磁極作用力的影響。這些成果進一步拉近了電和磁的關系。

電流的磁效應最終應用于讓電為人們的生產生活上，特別是在第二次工業革命期間，電力的使用極大提高了人們的生產力，也推動了電磁研究的發展。

1833年高斯和韋伯制造了第一臺單線電報，1837年惠斯通和莫爾斯分別獨立發明了電報機，通過莫爾斯的電碼，可以在紙帶上來傳遞信息。1876年，貝爾發明了電話，使得電磁效應傳遞人們的聲音信息。

除了應用，利用電流的磁效應發明的檢流計也極大促進了相關學科的發展。因為電流表的出現，為歐姆發現電流定律提供了條件。但是由于能量守恒的概念沒有形成，人們對于電流熱效應還是很迷惑。直到1848年基爾霍夫才從能量角度考察了電路，才弄清楚電勢差、電動勢、電場的概念。

既然我們知道了電流具有磁效應，那磁必然也就具有電的效應。著名的物理學家法拉第研究了電磁感應現象，確定了電磁感應的規律，即感應電動勢取決于磁場隨時間變化的規律。

但是法拉第的數學不好，真正的表達式是由諾埃曼給出的，而感應電流方向則是由楞次給出的。在此基礎上，法拉第制造了第一臺發電機和電動機。除此之外，他還建議用“電力線”和“磁力線”來描述空間電磁場的分布，并指出這些線都是物質的，電力和磁力是靠這些線來傳遞，并根據線的“產生”“匯聚”來研究“源”。

電磁的面紗已經逐步被揭開，但是需要一個整合。這時候我們的主角麥克斯韋登場了。不過早先諾埃曼、韋伯等物理學家也想統一電磁現象，但他們從超距作用出發的觀點使得他們并沒有成功。

法拉第的“線”的思想啟發了麥克斯韋。他試圖類比電磁現象和力學現象，將電磁統一起來。他認為變化的磁場會激發渦旋電場。相反，變化的電場也會產生磁場，于是引入了“位移電流”的概念。這樣電位移就會激發磁場。

于是，再結合前人的成果（高斯定理、安培環路定理以及畢奧-薩法爾定律等），麥克斯韋總結出了電磁學的終極公式-麥克斯韋方程組：

如果簡單理解這些公式，我們不妨把僅僅看成是在描述空間的方向，至于是怎么變化就不考慮了，那么第一個公式就說明，如果在給定的閉合曲面內，通過曲面的電場強度通量取決于閉合面內的電荷；第二個公式則是將第一個公式的電場換成了磁場，如果取一個閉合環路，通過該環路的電流強度與磁感應強度有關；第三個公式則說明了變化的磁場會產生電場；第四個公式說明了磁場由變化的電場和位移電流產生。通過麥克斯韋方程組，我們還可以算出光速。

這樣，光和電磁波也就聯系在了一起，也就是說，麥克斯韋將光、電、磁三者全部統一在一起了。

天妒英才

古人云：天將降大事于斯人也，必先苦其心志，勞其筋骨，餓其體膚。

但是對于麥克斯韋而言這句話貌似不適用。麥克斯韋的人生可以說是非常平凡，沒有惜字如金的狄拉克那樣靠低調出名，也沒有花花公子薛定諤那樣風流倜儻。可以說為數不多的“正常的”科學家了。

但是是金子總會發光，16歲的他考入了愛丁堡大學，開始就過上了開掛的人生（同時也有著科學家專屬發際線）。1850年他轉入劍橋大學進行學習，畢業后留校任職。從1954年開始，麥克斯韋就著手于電磁學的研究，到1873年，他的巨著《論電和磁》出版。就在出版后的6年，1879年，麥克斯韋與世長辭。

麥克斯韋生前沒有享受到他應得的榮譽，因為他的科學思想和科學方法的重要意義直到20世紀科學革命來臨時才充分體現出來。

如果一下回顧麥克斯韋出生和逝世年月，我們會發現兩個驚人的巧合——麥克斯韋出生的那一年，法拉第發現了電磁感應；麥克斯韋去世的那一年，愛因斯坦出生。

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結語

任何一門學科都有其獨特的發展史，都是人類長期活動和理論思維的產物。在回顧學科發展歷史和對學科發展有重要貢獻的科學家的過程中，除了了解科學家本人的思考方式和思維方法，更重要的是明白人們如何在荒蕪的原野上建立起莊嚴的科學大廈的。

其實關于物理的考試大家最好拜一下麥克斯韋，因為他的名字James Clerk Maxwell， Max well，好到極致。在這里借用這位物理學巨匠之名，祝大家新的一年好運連連（其實我更希望桃花運），Max Well。

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寫在最后

數學讓人擺脫了愚昧，而物理則推動了文明，它就在我們的生活中。了解了物理才開始立足于這個星球...我們不妨從探究物理開始，去尋找蘊藏其中的奧妙。

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作者簡介：不愿意透露姓名的梁天宇同學，目前為華中師范大學粒子物理與原子核物理專業碩士研究生，研究方向是尋找無中微子雙貝塔衰變。學業不精，術業不成，干啥啥不行，盡自己所能做一些相關科普工作以彰其用，不足之處還望指正。

本文系網易新聞·網易號“各有態度”特色內容

部分資料來源于網絡

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的他解决了物理学千年争端，成就肩比牛顿、爱因斯坦，但却鲜有人知......的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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