筑起电磁理论大厦

原标题：筑起电磁理论大厦

1820年之前，筑起人们并不知晓，电磁大厦电与磁是理论对“孪生兄弟”。连电磁学鼻祖吉尔伯特，筑起也认为二者是电磁大厦“截然不同的现象”。

1820年4月的理论一天，丹麦哥本哈根大学校园响起清脆铃声。筑起物理实验室里坐满了学生，电磁大厦奥斯特教授精神饱满地带着电池走来。理论当接通电池时，筑起奥斯特突然发现，电磁大厦置于电池旁边的理论磁针随之偏转，在垂直于导线方向停了下来。筑起学生们对这一现象并没在意，电磁大厦奥斯特却激动不已。理论因为，磁针的这一偏转现象，显示的正是他梦寐以求的电流磁效应。

为了彻底弄清电流对磁针的影响，奥斯特又进行了数十次实验论证。3个月后，他发表论文《关于磁针上电流碰撞的实验》，向世人宣布了电流的磁效应。

接着，与电磁学相关的诸多研究如雨后春笋般涌现。其中，最具划时代意义的是英国科学家法拉第发现的电磁感应现象。

法拉第出身贫寒，只读过几年小学。从13岁开始，他就在书店一边打工、一边自学。21岁时，他被著名电化学家戴维慧眼识中，推荐他到皇家学院，当上了戴维的实验室助手。此后，法拉第经常陪同戴维四处考察、讲学，积累了丰富的科学知识与实践经验。

1821年，法拉第在为戴维搜集关于奥斯特发现的电磁学资料过程中，对电磁学产生了浓厚兴趣。于是，他展开逆向思维，头脑中冒出了“磁生电”的火花。

为了印证“磁生电”，法拉第经历了无数次失败。1831年，著名的“法拉第圆环实验”成功，他终于在人们见证下，完成了“磁生电”实验。接着，他又发现了磁电效应，并提出了电磁感应定律。法拉第将这些重要研究成果汇编成册，构成了电磁学传世之作——《电学实验研究》。

作为实验大师，法拉第有许多过人之处。他几乎没有数学功底，只能用直观形式表达自己的创见，对实验中发现的感生电流、电解定律、旋光效应，无法进行充分的数理分析和论证。

运用数学方法进一步总结当时实验电磁学成就，最终完成经典电磁学理论的，是另一位英国科学家麦克斯韦。

法拉第发现电磁感应现象那一年，麦克斯韦才出生。麦克斯韦16岁便进入爱丁堡大学学习数学和物理，后转入剑桥大学攻读理论物理。

大学毕业后，麦克斯韦偶然读到法拉第的大作《电学实验研究》，即被书中新颖的实验和见解所吸引。他发现，该书几乎找不到一个数学公式，导致理论不够严谨。于是，这位初出茅庐的青年科学家决心用数学定量表述，来丰富法拉第的电磁理论。

1854年，经过潜心研究，麦克斯韦发表了第一篇论文《论法拉第的力线》，把直观形象的力线模型表述为清晰精准的数学公式，用无懈可击的数学语言阐述电磁感应规律，使法拉第的力线思想更加严谨。

之后，麦克斯韦发表了《论物理的力线》，提出“电场与磁场相互转化”的新论点，首次阐明“位移电流”概念；发表了《电磁场的动力学理论》，以演绎法建立系统的电磁学理论，预言了电磁波的存在，揭示了光的电磁本质，统一了光学和电磁学。

1873年，麦克斯韦写出经典物理学重要支柱之一的《电磁学通论》。在这部著作里，麦克斯韦以他特有的数学语言，建立了电磁学微分方程组，揭示了电荷、电流、电场、磁场之间的普遍联系。这个方程组，就是后来著名的“麦克斯韦方程组”。

电与磁这对“孪生兄弟”，从此完美呈现在人们面前，一座宏伟的经典电磁学理论大厦也随之建成。

上图为正在实验室里做实验的麦克斯韦。（■程志强 郭烨龙 赵煜川）

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