麦克斯韦与电磁场理论的创立解析

1、麦克斯韦与电磁场理论的创立摘 要：麦克斯韦是科学史上最伟大的物理学家之一，他的电磁场理论被誉为19世纪的电磁学史上的一座丰碑，他不但将全部电磁现象所 服从的规律概括为我们所熟知的麦克斯韦方程组，而且还预言了 电磁波的存在。他所完成的不朽著作电磁场通论，对当代物 理学家甚至对以后几代物理学家来说都是一个伟大而又不易达到 的丰碑。同时，麦克斯韦对科学之外的远见卓识和物理学领域一 样令人惊叹。关键词：麦克斯韦麦克斯韦方程组 电磁波电磁场通论Maxwell and The Creati on ofElectromag neticField TheoryAbstract: The history of

2、scienee Maxwell is one of the greatest physicist of his electromagnetic theory of electromagnetism known as the 19th-century history of a monument, not only he will obey all the laws of electromag netic phe nomena summarized as Maxwell's equati ons we know group, but also predicted the existenee

3、 of electromagnetic waves. Completed his monumen tal book "Ge neral Theory of Electromagnetic Fields", and even after several generations of con temporary physicists for physicists, is a great and easy to reach the monument. Mean while, Maxwell on the scie nee of physics bey ond the field

4、of visi on and the same is amaz ing.Keywords: MaxwellMaxwell's equati onsElectromag netic waves"Ge neral Theory of Electromag netic Fields"麦克斯韦与电磁场理论的创立目录1引言32麦克斯韦的初期经历,33划时代的三篇论文,63.1论文的前期准备63.2论法拉第的力线的发表73.3论物理力线的发表一一位移电流,83.4电磁场的动力学理论94格伦莱尔的悠闲与电磁场通论的出版,104.1格伦莱尔的悠闲10 4.2电磁场通论的创作115麦

5、克斯韦电磁理论对后世的影响 ,12结论13致谢14参考文献,1513麦克斯韦与电磁场理论的创立一、引言:1820年4月，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，这标志着电磁学的开始；随后法国物理学家安培在奥斯特实验的基础上于1820年至1827年创立了超距论的电动力学；1831年，英国物理学家法拉第）发现电磁感应定律；1845年至1846年，德国物理学家纽曼和韦伯发展了安培的电 动力学，创立了德国电动力学体系，在欧洲大陆风靡一时。1861年，英国十九世纪最伟大物理学家麦克斯韦提出了电位移矢量和位移电流的概念； 1861年至1865年，他又创立了著名的麦克斯韦方程组，从理论上预言电磁 波的存在。麦

6、克斯韦电磁场理论的创立，是19世纪的电磁学史上的一座丰碑，他的理论策动了后来者对电磁波存在的证实和探索，鼓励过数代人去 利用电磁波为人类造福，其影响不仅超越了英吉利海峡，而且也超越了整 个19和20世纪。正如普朗克在 1931年纪念麦克斯韦诞辰一百周年的学术 讨论会上所说：“在每一学科领域都有一些特殊的个人，他们似乎具有天 赐之福，他们放射出一种超越国界的影响，直接鼓舞和促进着全世界去探 求；麦克斯韦是他们当中屈指可数的一位。”二、麦克斯韦的初期经历麦克斯韦出生于苏格兰的首府爱丁堡市郊的格仑奈尔庄园；爱丁堡是启蒙之城，被称为“北方的雅典”。19世纪，几乎所有的英国大科学家都出生在英格兰北部、苏

7、格兰北部和爱尔兰北部。就苏格兰而言，当时出现 的著名科学家有：开尔文、泰特、霍尔、詹姆士 福布斯、莱尔、布莱克、 等；当时英国只有法拉第、戴维和瑞利出生在南部。由于人才辈出、群星 灿烂，使苏格兰沐浴在浓郁的文化气氛中，社会、政府、团体一致重视教 育，特别重视苏格兰文化传统和实验科学的教育，这样的氛围更有利于科 学天赋的脱颖而出。麦克斯韦的出生正是法拉第发现电磁感应的1831年，其父属于那里的知识阶层，童年的教育是在母亲的精心呵护下完成的。由于受到父亲的熏陶，麦克斯韦小时候对自然科学产生了浓厚的兴趣。13岁那年他获得了爱丁堡一年一度的数学奖；其后，父亲经常带着麦克斯韦参加爱丁堡皇家学 会的各种学

8、术活动；14岁时麦克斯韦发现了构成椭圆的新的数学方法，15岁时在英国爱丁堡皇家学会学报上发表数学论文，这大大地增强了麦 克斯韦在科学上的进取心。1847年秋天，16岁的麦克斯韦进入苏格兰最高学府一一爱丁堡大学专攻数学物理，在这里他跟凯兰 (Kella nd.P )学数学，跟福布斯学物理，跟哈密尔顿学逻辑学。同时，他又阅读了大量的书籍， 从当年大学图书馆里记录中可以找到麦克斯韦借阅过书籍有：傅利叶的热理论、蒙日的画法几何学、牛顿的光学、威利斯的机械论原 理、柯西的微分学、泰勒的科学笔记、布尔的逻辑的数学分 析、泊松的力学等等；像他之前的汤姆逊一样，麦克斯韦被傅利叶 的思想所惊倒，他把傅利叶数学理

9、论誉为“伟大的数学诗篇”。为了进一 步深造，三年后他又转入英才荟萃的剑桥大学。剑桥，位于英格兰东南部平原的剑河两岸，是一座秀丽葱郁的园林式 的小城，这是一座十三世纪建立起来的大学城，整个一座城市就是一所大 学一一剑桥大学。1850年秋，麦克斯韦以巨大的热情进入了这所大学的著 名学府一一圣三一学院。19世纪上半叶，剑桥大学的数学教育正面临着重大的改革，牛顿的流数概念和几何学已成为数学进步的障碍。约翰伯努 利、拉格朗日，都发展了莱布尼兹的微积分。在这个时期，欧洲大陆数学 的发展超过了英国。剑桥数学家认为，极限是一个神秘的概念，虽然极限 可以使数学更活跃，而拉格朗日的系统思想能为微积分提供清晰的基础

10、， 这个基础建立在完全独立于无穷小和极限原则之上；他们竭力提倡用欧洲 大陆现代的数学方法对英国现行的数学教育进行一次彻底改造。19世纪50年代，剑桥大学仍然流行一种数学荣誉考试，叫Tripos。数学Tripos是十分费时费心的，一位英国数学家多年后写道：“Tripos是全世界最难的考试，如今还没有任何大学的考试能和它相提并论。”最早的 Tripos可以追溯到1730年，随着时光的累积要求越来越高，声望也越来越 重要，这一神圣的传统荣耀同时也成了一种沉重的负担。对剑桥来说， Tripos已经不只是一场考试，它已成为一种制度。剑桥大学数学荣誉学位考试内容是强调混合数学，包括力学、流体动力 学、天文

11、学、引力论，以及几何光学和物理光学。19世纪30年代，惠威尔成功地引进了一些更为物理学的课题：光的能动理论、热、电、磁，使学 生的课程增加了，也冲破了学习数学只是为了提高普通教育水平的局限性。 1854年，麦克斯韦以第二名的成绩顺利通过了数学荣誉学位考试。完成数学荣誉考试以后，麦克斯韦成了剑桥大学霍普金斯教授的研究生，并开始去听斯托克斯的流体静力学、气体力学和光学等课程；在开始 解释流体的性质和流体动力学的方程时，斯托克斯讨论了流体的波和声的 理论以及光的波动理论。麦克斯韦已经熟习光的波动论和热、电、磁理论， 对这些问题是19世纪40年代的数学物理学界争论的热点问题。麦克斯韦 的兴趣并不完全限

12、于课堂上的那些课程，他对电的理论、分析图解法和颜 色的混合理论做了大量的实验与验证，并熟习W.汤姆逊对法拉第电磁场概念的发展。霍普金斯是最早认识到麦克斯韦是天才的人；他对他的同事罗 森(Laws on W.N)说道：“毫无疑问，麦克斯韦是我所遇到的最出色的杰 出人物；从表面看，他没有什么特别之处，虽然有时他也在分析中出错； 但他又显出是一个天才，他有一些奇特的品质，我可以预言总有一天，他 会像太阳那样照耀物理学界。”在剑桥，麦克斯韦进步很快，不出四年就学完了当时所有先进的数学方 法，成了一名年轻有为的数学家。1854年，他在给 W汤姆逊的一封信中表达了重返物理学领域攻克电学的强烈愿望。起初，他

13、研究的课题是光的色 散理论；不久，他接受了W汤姆逊的建议开始研读法拉第的电学实验研究一书时，立即被书中新颖的实验和见解所吸引，他迅速以极大的热情 投入了这个大有作为的研究领域。当时，电磁学在实验研究方面的四大定 律(库仑定律、高斯定律、安培定律和法拉第电磁感应定律)已先后建立， 特别是法拉第长期坚持对抗磁体的研究，并于1851年发表了论磁力线一文。这篇文章中蕴藏着朦胧的电磁场论的思想，这些先决条件为麦克斯 韦的创造性研究准备了肥田沃土。麦克斯韦毕业后留校工作，1855年10月，麦克斯韦成为三一学院校友会成员。正是剑桥为他准备了舞台，性情一致的好友，第一流的科学家，与这些人经常在一块讨论问题和消

14、遣使他进步很快。正在这时，麦克斯韦 的父亲身体状况日益恶化，他有意回爱丁堡去照顾父亲。恩师福布斯告诉 他，阿伯丁的马里斯舍尔学院的自然哲学教授去世了，问他有没有兴趣取 得这个职位。在那个时代，大多数教授的年纪都很轻，由于听从导师福布 斯的劝告，麦克斯韦 23岁时就如愿以偿地成为阿伯丁马里斯舍尔学院的自 然哲学教授。三、划时代的三篇论文3.1论文的前期准备法拉第是19世纪最伟大的实验物理学家，他在电学、磁学、电化学和光学等方面都做了大量的实验研究，发现著名 的是电磁感应定律、电解定律和磁光效应；法拉第的卓越贡献是和他丰富 而深刻的物理思想密切联系的。当麦克斯韦刚刚开始电磁学研究时，电磁 学才走过

15、了三十年的历程。这三十年中充满着超距电动力学与法拉第的电 磁场论的斗争；对麦克斯韦来说，法拉第的理论更为合理、更为充实，他 决心用一种严格的数学语言来翻译法拉第理论。正如他后来在他的专著电磁场通论中所说：“法拉第看到了横贯整个空间的力线，而数学家们在 那里只看到在一个距离上作用的吸引力的中心；法拉第看到了介质，而他 们在那里除了看见距离还是看见距离,当我开始研究法拉第时，我发觉 他考虑现象的方法也是一种数学方法，尽管不是用通常的数学符号的形式 来表示；我也发现，这种数学方法能够表示成一般的数学形式，而且可以 与职业数学家的方法相媲美。”法拉第认为带电体和磁体周围存在着某种“特殊状态”，他用电力

16、线和磁力线来描述这种状态。他认为力线是物质的，充满了整个空间，并把 相异的电荷或相异的磁极联系起来。法拉第的力线思想是场概念的先声， 许多物理学家都给以极高的评价，他被誉为场理论的创建人。W.汤姆孙推崇说：“在法拉第的许多贡献中，最伟大的一个就是力线概念了。我想借 助于它就可以把电场和磁场的许多性质最简单而极富启发性地表示出来。” 法拉第广泛深入的实验研究对错综复杂的电磁现象提供的简洁而深刻的超 距作用解释深深地打动了麦克斯韦。麦克斯韦还进一步阅读汤姆孙等人的 类比研究，使得他更深刻地认识到用严密的数学表述法拉第力线思想的迫 切性。他从19世纪50年代中期到60年代中期，连续发表了三篇长文论

17、法拉第的力线、论物理力线和电磁场的动力学理论，为电磁场 理论的建立树起耀眼的丰碑。3.2论法拉第的力线的发表 1856年，麦克斯韦完成了电磁学 领域的第一篇论文一一论法拉第的力线，该文他利用当时最先进的数 学工具对电磁场中的力线作了几何学解释，并把法拉第的力线考虑成不可 压缩的流体运动的流线。论法拉第的力线是麦克斯韦试图用数学工具 表达法拉第学说的开端，也是将汤姆孙所作的类比研究更进一步延拓的尝 试；它把力线和不可压缩流体的流动作为类比。他的论文开头这样说到：“为了不用物理理论而得到思想，我们必须熟悉物理类比的存在。所谓物 理类比，我指的是一种科学的定律与另一种科学的定律之间的部分相似性， 它

18、使得这两种科学可以互相说明。于是，所有数学科学都是建立在物理学 定律与数的关系上，因而，精密科学的目的，就是把自然界的问题简化为 通过数的运算来确定各个量。从最普遍的类比过渡到部分类比，我们就可 以在两种不同的产生光的物理理论的现象之间找到数学形式的相似性”。 从而把电磁现象中的电位移矢量、电场强度矢量与磁感应强度矢量、磁场 强度矢量区分开来，使得电磁现象的描述中令人困惑的两类矢量各居其位， 并推动了电磁场理论的研究工作沿着正确的道路前进。同时，麦克斯韦接受了法拉第的磁体周围必定存在某种“电紧张状态” 的思想，并且找到了电紧张函数与描述磁场的磁感应强度之间以及电紧张 函数与电磁感应引起的电动力

19、之间的联系，用现在的语言表述就是变化的 磁场产生涡旋电场。麦克斯韦在这篇论文中未能将所有法拉第的物理模型 同自己的数学模型对应起来，而仅仅试图用数学语言去直接描述法拉第的 某些物理概念；因而麦克斯韦未能超越法拉第的工作而达到更新的高度。 法拉第读完了麦克斯韦的论文后这样说道；“当我看到了数学在解释这个 问题时的这种威力时”，一开始我甚至感到惊骇。但后来，看到问题竞 如此出色地经受住了这一切时，我又感惊异”。1857年，法拉第抑制不住激动的心情欣然向麦克斯韦写了一封长信，对他的论文作出了中肯的评价，并对他的研究工作给予了热情的鼓励。3.3论物理力线的发表一一位移电流I860 年，麦克斯韦应邀到伦

20、敦皇家学院任教，来到伦敦后不久，麦克斯韦特意拜访了已是伦 敦皇家学院院长的法拉第。这位实验大师已年近七旬，而麦克斯韦还未到 而立之年。虽然两人年岁相差甚远，而且他们的研究方法截然不同；一个 专于实验，另一个善长理论。但两位科学巨匠对物质世界的看法却产生了 共呜，这使他们相见恨晚。在对电磁理论本质规律的探索中，两人在许多 方面是互补的；爱因斯坦后来把他们俩称为一对。法拉第在四年前已经拜 读了麦克斯韦的论文，见面后才知道论文的作者如此年轻。当麦克斯韦征 求这位古稀老人对论文的看法时，法拉第谦虚地说：“我不认为自己的学 说一定是真理，但你是真正理解它的人”。他接着又说：“但你不应该停 留在用数学解释

21、我的观点，而应该突破它”。这位古稀老人激动的鼓励， 深深地牵动着麦克斯韦的心，经过两年的苦心研究，麦克斯韦于1862年在英国著名的哲学杂志上以论物理力线为题，发表了他的第二篇电 学研究论文。论物理力线一文试图将第一篇论文所作的类比研究进一步推进到 建立电磁作用的力学模型。他吸取了前人的思想，把传递磁相互作用的磁 以太想象为一些分子涡旋，把传递电相互作用的电以太想象为分子涡旋之 间与之啮合的可动的细微粒子。靠着它们的啮合运动说明电流产生磁场、 电磁感应以及静电相互作用。在这个模型的基础之上，麦克斯韦对变化的 磁场能产生感应电动势的现象进行了深入的分析，认为即使不存在导体回 路，变化的磁场通过媒介

22、也会激发一种场，他称这种场为感应电场或涡旋 电场。同时麦克斯韦还发现：在连接交变电源的电容器中，电介质内并不 存在自由电荷，也就是没有传导电流，但磁场却同样存在。经过反复思考 和分析，麦克斯韦毅然指出：这里的磁场是由另一种类型的电流形成的。 这种电流存在于任何电场变化的电介质中，麦克斯韦把这种电流称为“位 移电流”。这篇文章一刊出立即引起了广泛的注意和争论，这是一篇划时 代的论文，它与1856年论法拉第力线相比有了质的飞跃。“涡旋电场”和“位移电流”的概念是这篇文章的杰出之处。麦克斯韦后来认识到：论物理力线一文有两点重要进展脱胎于颇 为怪诞的以太力学模型，这一模型使许多物理学家争论的焦点。他本

23、来也 认识到这个力学模型的暂时性；他在文中写道：“这是力学上可以想象和 便于研究的一种联系模型，它适宜于显示已知电磁现象之间真实的力学联 系。因此，我敢于说任何理解到这一假设的暂时性质的人将会发现，在他 真正理解这些现象之后的研究中利必大于弊。”麦克斯韦颇感到需要另辟 溪径，直接面对电磁场的研究课题，紧紧握住已揭示的电磁场的内在联系 和运动特征及建立电磁场的动力学理论。3.4电磁场的动力学理论1864年，麦克斯韦向皇家学会提交了他的第三篇电学论文电磁场的动力学理论，这是一篇关于电磁场理 论最重要的总结性论文。他于1864年12月8日在英国皇家学会宣读，并于1865年发表在英国皇家学会会报上。通

24、过前两篇论文关于力线与恒 定流速场的类比研究以及电磁以太力学模型的阐述，麦克斯韦把握电场和 磁场中最本质的特征就是涡旋电场、位移电流和电磁波的概念。他感到需 要在实验事实和普遍的动力学原理的基础上提出一个全新的理论框架一一 电磁场的动力学理论。为此，他在这篇论文的引言中首先评论了韦伯和诺埃曼的超距作用电 磁理论的成就及其机制上的根本困难，指出不能把这个理论看作最终的真 理。他宁愿寻求对事实的另一解释，即假设电磁作用是由周围媒质引起的。 他以非凡的理论家的气魄，高屋建瓴地直接提出了电磁场的动力理论的命 题。他在这篇论文中系统地总结了从库仑、安培到法拉第以及他自己的研 究成果，提出了一共包含20个

25、变量的20个方程式，即著名的麦克斯韦方程组。在论文接下去的几部分中，麦克斯韦广泛地讨论了各种电磁现象， 如场对运动的载流导体、磁体以及带电体的机械作用、静电效应的测量、 电容和电吸收、电磁波的性质和电磁扰动在晶体媒质中的传播以及电磁感 应系数的计算等等。文中写道：“我提出的这个学说可以称为电磁场理论， 因为它关系到带电体或磁体周围的空间。它可以称为动力学理论，因为它 假定在那个空间存在着运动的物质，在这些物质中理应产生可观测到的电 磁现象”。麦克斯韦就这样直接地预言了电磁波的存在。按着，麦克斯韦 从基本方程组导出波动方程，证明了电磁波是一种横波，并求得电磁波的 传播速度在空气中等于电量的电磁单

26、位与静电单位之比，即等于空气或真 空中的光速。他由此得出结论：“这一速度与光速如此接近，看来，我们 有强烈的理由断定，光本身乃是以波的形式在电磁场中按电磁规律传播的 一种电磁扰动”一一这就是“光的电磁说”。这样，早先法拉第关于光的 电磁理论的朦陇猜想，由麦克斯韦把它变成了科学的严谨推论。四、格仑莱尔的悠闲与电磁场通论的出版4.1格伦莱尔的悠闲1865年，麦克斯韦辞去了皇家学院的教席，来到了故乡格伦奈尔庄园，格仑奈尔是苏格兰加罗维地区的一个小山 村，这里到处是一望无际的丘陵绿草如茵。时而点缀着一些小小的平地和 清澈如镜的湖泊，一丛丛的茂密矮树林，一条条蜿蜒的溪流伸向蔚蓝的天 际，”格仑奈尔的美丽

27、是天然的、未经雕琢的，实在令人陶醉；不少有 社会地位的人在这里安了家。在格仑奈尔度过童年的麦克斯韦操一口地道 的乡音一生也未曾改变。麦克斯韦离开伦敦皇家学院至少有两个理由：其一是他想重建格仑奈 尔，这是一种封建义务和家庭传统，父亲关于重建格仑奈尔的遗嘱对他而 言是神圣的，一定要完成的，“父亲想把这所房子扩大规模，使它像一个 地方官员的宅邪，但他还没有完成自己的工作就去世了。我一定要完成父 亲未竟的事业。”麦克斯韦有不少资产足以支持他退休。在皇家学院期间， 教学和研究任务十分繁重，现在回到了家乡，他想当一个业余的科学家。 他说，“现在我有了充足的时间进行物理学实验和思考，这是有公职时做 不到的”

28、。他把自己的时间分成两部分，一部分在家乡，一部分在伦敦； 有时他还到国外去游历。夏天是格仑奈尔最美好的季节；1867年，改建房子的计划终于完成了，他过起了悠闲的苏格兰地主的生活。他与科学界的 主要人物如：斯托克斯、W.汤姆逊和泰特一直保持通信联系，麦克斯韦与这些学识渊博的人交往得益甚多。他的邮件往往又大又重，以至于邮局专 门为他设了一个邮筒。他要反复修改自己的论文，还要为自己的朋友修改 或校对稿子，使他每天都有一堆事情需要处理。其二也是更重要的原因，麦克斯韦在伦敦皇家学院任教期间，由于长 期含辛茹苦地工作把他弄得疲惫不堪；他最大的负担是晚上上课，更糟的 是在冬天的晚上上课，教室里很冷，课后还要

29、对那些喜欢物理学和数学的 有天分的学生进行辅导，这使他不能集中精力搞他想搞的研究工作。更为 痛情的是，以前许多优秀的电磁学论文都是刊登在各种卷跌浩繁的学报上， 逐年累月渐渐被人遗忘；而且这些论文太深，学生们不敢问津。于是，他 决定用一种统一的方法，按照一种统一的思想来总结近百年的电学成就和 他本人十多年来取得的成果。这种统一的方法就是动力学的方法，这种统 一的思想就是法拉第的电磁场论的思想。4.2电磁场通论的创作在格仑奈尔，他以一种奔放的热4 AmA fa麦克斯韦的手稿序/k Lb 14 L情于1866 1870年间投入一部伟大的著作电磁场通论的写作，准 备对人类近二百年来在电磁学领域的研究成

30、果作全面的总结。其中有库仑、 安培、奥斯特、法拉第等人的创造性劳动，也有 他本人的开山之功。经过几年的甘苦，电磁学 通论的专著终于在1873年问世。这部经典著作， 共分两卷，由四大篇构成。第一篇包括13章，系统地阐述了静电学的理论和实验验证。第二篇包 括12章，阐述了稳恒电流的基本规律和物质导电 理论。第三篇包括 8章，论述了静态磁场的基本理论和物质的磁化特性。第四篇包括23章，阐述的是电现象和磁现象之间的内在关系。第四篇是全书中最重要的部分，麦克斯韦在此全面展开地论 述了自己的研究成果。这就是将全部电磁现象所服从的规律概括为一组基 本方程，这就是为我们所熟知的麦克斯韦方程组。这一著名的方程组

31、把电 荷、电流、电场和磁场间的普遍联系完全统一了起来，电磁波传播的研究 和光的电磁理论是这部著作的精髓。在物理学史上，这一鸿篇巨著可以与 牛顿的自然哲学之数学原理相媲美。这部伟大著作于1881年、1891年相继再版；其中包含了作者许多保贵的资料和深奥的见解。它对当代物理 学家甚至对以后几代物理学家来说都是一个伟大而又不易达到的丰碑。他 的著作通过德国的赫兹和法国的庞加勒而传遍了整个欧洲大陆。五、麦克斯韦电磁理论对后世的影响麦克斯韦电磁理论在他的生前并未得到充分的重视，他在英国的声誉远不及法拉第。麦克斯韦的电磁理论未得到充分重视的原因是它里面隐含 的思想不易被理解，就像赫姆霍兹和玻尔兹曼这样有异

32、常才能的人为了理 解它也要花费好几年的气力。据说当玻尔兹曼读到电磁场通论中的麦 克斯韦方程组时，他引用了歌德的话说道：“写出这些符号的是上帝吗？” 这个理论的统一力量受到不连贯性的损害；在英国，“论物理的力线”的 机械论类比，比起电磁场的动力学理论来说有更大的吸引力。在欧洲大陆 上，对电荷的不完美的表述和电磁媒质明显的无理由的假定被看成是这个 理论不能成立的证据，超距作用的理论也解释不了这个问题。直到19世纪70年代中期，赫姆霍兹仍然很难接受麦克斯韦的理论，并把此时电磁学领 域称为“无路的荒原”。在他看来，麦克斯韦的理论只不过是这种情况的 数学特例加上物理学的假设而已。1876年之后，赫姆霍兹

33、不再花费时间来研究电磁理论，但他于 1879年麦克斯韦去世后专门为柏林科学院设立了一 个奖项，鼓励用实验批评地研究麦克斯韦理论的假设。在19世纪80年代，瑞利和吉布斯证明了麦克斯韦光方程体系对反射、折射、散射与实验完全 一致。19世纪80年代后期，赫兹开始向麦克斯韦理论验证的目标全面迈进 并最终得到充分证实。到19世纪90年代，玻尔兹曼也已表明，折射率和麦克斯韦理论预言的一种气体在实验上被确证。洛伦兹对光的研究为麦克 斯韦提出的光的电磁理论提供了越来越多的证据，他坚信：麦克斯韦电磁 理论必定能击败欧洲大陆上流行的超距理论。其实，麦克斯韦理论的真正 力量并不在于导出了电磁的性质，而在于在这个基础

34、上成功地建立了他的理论体系。即使麦克斯韦在电磁场理论方面所做的贡献只是为电磁学、光学奠定了当代经典理论的基础，也是极为了不起的成就。事实上，麦克斯韦在这 个领域里的成就远远超出了经典理论的范围，把物理学大大推进了一步。现在看来，麦克斯韦是当代场论的先驱而且是广义相对论的先驱；相对论 和量子论的形式正是电磁理论方法的某些方面结出的果实。在纪念麦克斯 韦诞生100周年时，爱因斯坦写道：“在麦克斯韦以前，人们以为，物理 实在一一就它应当代表自然界中的事件而论一一是质点，质点的变化完全 是由那些服从全微分方程的运动组成的。在麦克斯韦之后，他们则认为， 物理实在是由连续的场来代表的，它服从偏微分方程，不能对它作机械论 的解释。实在概念的这一变革，是物理学自牛顿以来的一次最深刻的和最 富有成效的变革。”爱因斯坦的评论既简洁又充满历史洞见。自量子力学 出现以后，麦克斯韦的电磁场理论和在此基础上的一些观念就