1、麥克斯韋與電磁場理論的創立摘 要：麥克斯韋是科學史上最偉大的物理學家之一，他的電磁場理論被譽為19世紀的電磁學史上的一座豐碑，他不但將全部電磁現象所 服從的規律概括為我們所熟知的麥克斯韋方程組，而且還預言了 電磁波的存在。他所完成的不朽著作電磁場通論，對當代物 理學家甚至對以后幾代物理學家來說都是一個偉大而又不易達到 的豐碑。同時，麥克斯韋對科學之外的遠見卓識和物理學領域一 樣令人驚嘆。關鍵詞：麥克斯韋麥克斯韋方程組 電磁波電磁場通論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"麥克斯韋與電磁場理論的創立目錄1引言32麥克斯韋的初期經歷,33劃時代的三篇論文,63.1論文的前期準備63.2論法拉第的力線的發表73.3論物理力線的發表一一位移電流,83.4電磁場的動力學理論94格倫萊爾的悠閑與電磁場通論的出版,104.1格倫萊爾的悠閑10 4.2電磁場通論的創作115麥

5、克斯韋電磁理論對后世的影響 ,12結論13致謝14參考文獻,1513麥克斯韋與電磁場理論的創立一、引言:1820年4月，丹麥物理學家奧斯特發現了電流的磁效應，這標志著電磁學的開始；隨后法國物理學家安培在奧斯特實驗的基礎上于1820年至1827年創立了超距論的電動力學；1831年，英國物理學家法拉第）發現電磁感應定律；1845年至1846年，德國物理學家紐曼和韋伯發展了安培的電 動力學，創立了德國電動力學體系，在歐洲大陸風靡一時。1861年，英國十九世紀最偉大物理學家麥克斯韋提出了電位移矢量和位移電流的概念； 1861年至1865年，他又創立了著名的麥克斯韋方程組，從理論上預言電磁 波的存在。麥

6、克斯韋電磁場理論的創立，是19世紀的電磁學史上的一座豐碑，他的理論策動了后來者對電磁波存在的證實和探索，鼓勵過數代人去 利用電磁波為人類造福，其影響不僅超越了英吉利海峽，而且也超越了整 個19和20世紀。正如普朗克在 1931年紀念麥克斯韋誕辰一百周年的學術 討論會上所說：“在每一學科領域都有一些特殊的個人，他們似乎具有天 賜之福，他們放射出一種超越國界的影響，直接鼓舞和促進著全世界去探 求；麥克斯韋是他們當中屈指可數的一位?！倍Ⅺ溈怂鬼f的初期經歷麥克斯韋出生于蘇格蘭的首府愛丁堡市郊的格侖奈爾莊園；愛丁堡是啟蒙之城，被稱為“北方的雅典”。19世紀，幾乎所有的英國大科學家都出生在英格蘭北部、蘇

7、格蘭北部和愛爾蘭北部。就蘇格蘭而言，當時出現 的著名科學家有：開爾文、泰特、霍爾、詹姆士 福布斯、萊爾、布萊克、 等；當時英國只有法拉第、戴維和瑞利出生在南部。由于人才輩出、群星 燦爛，使蘇格蘭沐浴在濃郁的文化氣氛中，社會、政府、團體一致重視教 育，特別重視蘇格蘭文化傳統和實驗科學的教育，這樣的氛圍更有利于科 學天賦的脫穎而出。麥克斯韋的出生正是法拉第發現電磁感應的1831年，其父屬于那里的知識階層，童年的教育是在母親的精心呵護下完成的。由于受到父親的熏陶，麥克斯韋小時候對自然科學產生了濃厚的興趣。13歲那年他獲得了愛丁堡一年一度的數學獎；其后，父親經常帶著麥克斯韋參加愛丁堡皇家學 會的各種學

8、術活動；14歲時麥克斯韋發現了構成橢圓的新的數學方法，15歲時在英國愛丁堡皇家學會學報上發表數學論文，這大大地增強了麥 克斯韋在科學上的進取心。1847年秋天，16歲的麥克斯韋進入蘇格蘭最高學府一一愛丁堡大學專攻數學物理，在這里他跟凱蘭 (Kella nd.P )學數學，跟福布斯學物理，跟哈密爾頓學邏輯學。同時，他又閱讀了大量的書籍， 從當年大學圖書館里記錄中可以找到麥克斯韋借閱過書籍有：傅利葉的熱理論、蒙日的畫法幾何學、牛頓的光學、威利斯的機械論原 理、柯西的微分學、泰勒的科學筆記、布爾的邏輯的數學分 析、泊松的力學等等；像他之前的湯姆遜一樣，麥克斯韋被傅利葉 的思想所驚倒，他把傅利葉數學理

9、論譽為“偉大的數學詩篇”。為了進一 步深造，三年后他又轉入英才薈萃的劍橋大學。劍橋，位于英格蘭東南部平原的劍河兩岸，是一座秀麗蔥郁的園林式 的小城，這是一座十三世紀建立起來的大學城，整個一座城市就是一所大 學一一劍橋大學。1850年秋，麥克斯韋以巨大的熱情進入了這所大學的著 名學府一一圣三一學院。19世紀上半葉，劍橋大學的數學教育正面臨著重大的改革，牛頓的流數概念和幾何學已成為數學進步的障礙。約翰伯努 利、拉格朗日，都發展了萊布尼茲的微積分。在這個時期，歐洲大陸數學 的發展超過了英國。劍橋數學家認為，極限是一個神秘的概念，雖然極限 可以使數學更活躍，而拉格朗日的系統思想能為微積分提供清晰的基礎

10、， 這個基礎建立在完全獨立于無窮小和極限原則之上；他們竭力提倡用歐洲 大陸現代的數學方法對英國現行的數學教育進行一次徹底改造。19世紀50年代，劍橋大學仍然流行一種數學榮譽考試，叫Tripos。數學Tripos是十分費時費心的，一位英國數學家多年后寫道：“Tripos是全世界最難的考試，如今還沒有任何大學的考試能和它相提并論。”最早的 Tripos可以追溯到1730年，隨著時光的累積要求越來越高，聲望也越來越 重要，這一神圣的傳統榮耀同時也成了一種沉重的負擔。對劍橋來說， Tripos已經不只是一場考試，它已成為一種制度。劍橋大學數學榮譽學位考試內容是強調混合數學，包括力學、流體動力 學、天文

11、學、引力論，以及幾何光學和物理光學。19世紀30年代，惠威爾成功地引進了一些更為物理學的課題：光的能動理論、熱、電、磁，使學 生的課程增加了，也沖破了學習數學只是為了提高普通教育水平的局限性。 1854年，麥克斯韋以第二名的成績順利通過了數學榮譽學位考試。完成數學榮譽考試以后，麥克斯韋成了劍橋大學霍普金斯教授的研究生，并開始去聽斯托克斯的流體靜力學、氣體力學和光學等課程；在開始 解釋流體的性質和流體動力學的方程時，斯托克斯討論了流體的波和聲的 理論以及光的波動理論。麥克斯韋已經熟習光的波動論和熱、電、磁理論， 對這些問題是19世紀40年代的數學物理學界爭論的熱點問題。麥克斯韋 的興趣并不完全限

12、于課堂上的那些課程，他對電的理論、分析圖解法和顏 色的混合理論做了大量的實驗與驗證，并熟習W.湯姆遜對法拉第電磁場概念的發展。霍普金斯是最早認識到麥克斯韋是天才的人；他對他的同事羅 森(Laws on W.N)說道：“毫無疑問，麥克斯韋是我所遇到的最出色的杰 出人物；從表面看，他沒有什么特別之處，雖然有時他也在分析中出錯； 但他又顯出是一個天才，他有一些奇特的品質，我可以預言總有一天，他 會像太陽那樣照耀物理學界。”在劍橋，麥克斯韋進步很快，不出四年就學完了當時所有先進的數學方 法，成了一名年輕有為的數學家。1854年，他在給 W湯姆遜的一封信中表達了重返物理學領域攻克電學的強烈愿望。起初，他

13、研究的課題是光的色 散理論；不久，他接受了W湯姆遜的建議開始研讀法拉第的電學實驗研究一書時，立即被書中新穎的實驗和見解所吸引，他迅速以極大的熱情 投入了這個大有作為的研究領域。當時，電磁學在實驗研究方面的四大定 律(庫侖定律、高斯定律、安培定律和法拉第電磁感應定律)已先后建立， 特別是法拉第長期堅持對抗磁體的研究，并于1851年發表了論磁力線一文。這篇文章中蘊藏著朦朧的電磁場論的思想，這些先決條件為麥克斯 韋的創造性研究準備了肥田沃土。麥克斯韋畢業后留校工作，1855年10月，麥克斯韋成為三一學院校友會成員。正是劍橋為他準備了舞臺，性情一致的好友，第一流的科學家，與這些人經常在一塊討論問題和消

14、遣使他進步很快。正在這時，麥克斯韋 的父親身體狀況日益惡化，他有意回愛丁堡去照顧父親。恩師福布斯告訴 他，阿伯丁的馬里斯舍爾學院的自然哲學教授去世了，問他有沒有興趣取 得這個職位。在那個時代，大多數教授的年紀都很輕，由于聽從導師福布 斯的勸告，麥克斯韋 23歲時就如愿以償地成為阿伯丁馬里斯舍爾學院的自 然哲學教授。三、劃時代的三篇論文3.1論文的前期準備法拉第是19世紀最偉大的實驗物理學家，他在電學、磁學、電化學和光學等方面都做了大量的實驗研究，發現著名 的是電磁感應定律、電解定律和磁光效應；法拉第的卓越貢獻是和他豐富 而深刻的物理思想密切聯系的。當麥克斯韋剛剛開始電磁學研究時，電磁 學才走過

15、了三十年的歷程。這三十年中充滿著超距電動力學與法拉第的電 磁場論的斗爭；對麥克斯韋來說，法拉第的理論更為合理、更為充實，他 決心用一種嚴格的數學語言來翻譯法拉第理論。正如他后來在他的專著電磁場通論中所說：“法拉第看到了橫貫整個空間的力線，而數學家們在 那里只看到在一個距離上作用的吸引力的中心；法拉第看到了介質，而他 們在那里除了看見距離還是看見距離,當我開始研究法拉第時，我發覺 他考慮現象的方法也是一種數學方法，盡管不是用通常的數學符號的形式 來表示；我也發現，這種數學方法能夠表示成一般的數學形式，而且可以 與職業數學家的方法相媲美?！狈ɡ谡J為帶電體和磁體周圍存在著某種“特殊狀態”，他用電力

16、線和磁力線來描述這種狀態。他認為力線是物質的，充滿了整個空間，并把 相異的電荷或相異的磁極聯系起來。法拉第的力線思想是場概念的先聲， 許多物理學家都給以極高的評價，他被譽為場理論的創建人。W.湯姆孫推崇說：“在法拉第的許多貢獻中，最偉大的一個就是力線概念了。我想借 助于它就可以把電場和磁場的許多性質最簡單而極富啟發性地表示出來。” 法拉第廣泛深入的實驗研究對錯綜復雜的電磁現象提供的簡潔而深刻的超 距作用解釋深深地打動了麥克斯韋。麥克斯韋還進一步閱讀湯姆孫等人的 類比研究，使得他更深刻地認識到用嚴密的數學表述法拉第力線思想的迫 切性。他從19世紀50年代中期到60年代中期，連續發表了三篇長文論

17、法拉第的力線、論物理力線和電磁場的動力學理論，為電磁場 理論的建立樹起耀眼的豐碑。3.2論法拉第的力線的發表 1856年，麥克斯韋完成了電磁學 領域的第一篇論文一一論法拉第的力線，該文他利用當時最先進的數 學工具對電磁場中的力線作了幾何學解釋，并把法拉第的力線考慮成不可 壓縮的流體運動的流線。論法拉第的力線是麥克斯韋試圖用數學工具 表達法拉第學說的開端，也是將湯姆孫所作的類比研究更進一步延拓的嘗 試；它把力線和不可壓縮流體的流動作為類比。他的論文開頭這樣說到：“為了不用物理理論而得到思想，我們必須熟悉物理類比的存在。所謂物 理類比，我指的是一種科學的定律與另一種科學的定律之間的部分相似性， 它

18、使得這兩種科學可以互相說明。于是，所有數學科學都是建立在物理學 定律與數的關系上，因而，精密科學的目的，就是把自然界的問題簡化為 通過數的運算來確定各個量。從最普遍的類比過渡到部分類比，我們就可 以在兩種不同的產生光的物理理論的現象之間找到數學形式的相似性”。 從而把電磁現象中的電位移矢量、電場強度矢量與磁感應強度矢量、磁場 強度矢量區分開來，使得電磁現象的描述中令人困惑的兩類矢量各居其位， 并推動了電磁場理論的研究工作沿著正確的道路前進。同時，麥克斯韋接受了法拉第的磁體周圍必定存在某種“電緊張狀態” 的思想，并且找到了電緊張函數與描述磁場的磁感應強度之間以及電緊張 函數與電磁感應引起的電動力

19、之間的聯系，用現在的語言表述就是變化的 磁場產生渦旋電場。麥克斯韋在這篇論文中未能將所有法拉第的物理模型 同自己的數學模型對應起來，而僅僅試圖用數學語言去直接描述法拉第的 某些物理概念；因而麥克斯韋未能超越法拉第的工作而達到更新的高度。 法拉第讀完了麥克斯韋的論文后這樣說道；“當我看到了數學在解釋這個 問題時的這種威力時”，一開始我甚至感到驚駭。但后來，看到問題競 如此出色地經受住了這一切時，我又感驚異”。1857年，法拉第抑制不住激動的心情欣然向麥克斯韋寫了一封長信，對他的論文作出了中肯的評價，并對他的研究工作給予了熱情的鼓勵。3.3論物理力線的發表一一位移電流I860 年，麥克斯韋應邀到倫

20、敦皇家學院任教，來到倫敦后不久，麥克斯韋特意拜訪了已是倫 敦皇家學院院長的法拉第。這位實驗大師已年近七旬，而麥克斯韋還未到 而立之年。雖然兩人年歲相差甚遠，而且他們的研究方法截然不同；一個 專于實驗，另一個善長理論。但兩位科學巨匠對物質世界的看法卻產生了 共嗚，這使他們相見恨晚。在對電磁理論本質規律的探索中，兩人在許多 方面是互補的；愛因斯坦后來把他們倆稱為一對。法拉第在四年前已經拜 讀了麥克斯韋的論文，見面后才知道論文的作者如此年輕。當麥克斯韋征 求這位古稀老人對論文的看法時，法拉第謙虛地說：“我不認為自己的學 說一定是真理，但你是真正理解它的人”。他接著又說：“但你不應該停 留在用數學解釋

21、我的觀點，而應該突破它”。這位古稀老人激動的鼓勵， 深深地牽動著麥克斯韋的心，經過兩年的苦心研究，麥克斯韋于1862年在英國著名的哲學雜志上以論物理力線為題，發表了他的第二篇電 學研究論文。論物理力線一文試圖將第一篇論文所作的類比研究進一步推進到 建立電磁作用的力學模型。他吸取了前人的思想，把傳遞磁相互作用的磁 以太想象為一些分子渦旋，把傳遞電相互作用的電以太想象為分子渦旋之 間與之嚙合的可動的細微粒子?？恐鼈兊膰Ш线\動說明電流產生磁場、 電磁感應以及靜電相互作用。在這個模型的基礎之上，麥克斯韋對變化的 磁場能產生感應電動勢的現象進行了深入的分析，認為即使不存在導體回 路，變化的磁場通過媒介

22、也會激發一種場，他稱這種場為感應電場或渦旋 電場。同時麥克斯韋還發現：在連接交變電源的電容器中，電介質內并不 存在自由電荷，也就是沒有傳導電流，但磁場卻同樣存在。經過反復思考 和分析，麥克斯韋毅然指出：這里的磁場是由另一種類型的電流形成的。 這種電流存在于任何電場變化的電介質中，麥克斯韋把這種電流稱為“位 移電流”。這篇文章一刊出立即引起了廣泛的注意和爭論，這是一篇劃時 代的論文，它與1856年論法拉第力線相比有了質的飛躍?！皽u旋電場”和“位移電流”的概念是這篇文章的杰出之處。麥克斯韋后來認識到：論物理力線一文有兩點重要進展脫胎于頗 為怪誕的以太力學模型，這一模型使許多物理學家爭論的焦點。他本

23、來也 認識到這個力學模型的暫時性；他在文中寫道：“這是力學上可以想象和 便于研究的一種聯系模型，它適宜于顯示已知電磁現象之間真實的力學聯 系。因此，我敢于說任何理解到這一假設的暫時性質的人將會發現，在他 真正理解這些現象之后的研究中利必大于弊。”麥克斯韋頗感到需要另辟 溪徑，直接面對電磁場的研究課題，緊緊握住已揭示的電磁場的內在聯系 和運動特征及建立電磁場的動力學理論。3.4電磁場的動力學理論1864年，麥克斯韋向皇家學會提交了他的第三篇電學論文電磁場的動力學理論，這是一篇關于電磁場理 論最重要的總結性論文。他于1864年12月8日在英國皇家學會宣讀，并于1865年發表在英國皇家學會會報上。通

24、過前兩篇論文關于力線與恒 定流速場的類比研究以及電磁以太力學模型的闡述，麥克斯韋把握電場和 磁場中最本質的特征就是渦旋電場、位移電流和電磁波的概念。他感到需 要在實驗事實和普遍的動力學原理的基礎上提出一個全新的理論框架一一 電磁場的動力學理論。為此，他在這篇論文的引言中首先評論了韋伯和諾埃曼的超距作用電 磁理論的成就及其機制上的根本困難，指出不能把這個理論看作最終的真 理。他寧愿尋求對事實的另一解釋，即假設電磁作用是由周圍媒質引起的。 他以非凡的理論家的氣魄，高屋建瓴地直接提出了電磁場的動力理論的命 題。他在這篇論文中系統地總結了從庫侖、安培到法拉第以及他自己的研 究成果，提出了一共包含20個

25、變量的20個方程式，即著名的麥克斯韋方程組。在論文接下去的幾部分中，麥克斯韋廣泛地討論了各種電磁現象， 如場對運動的載流導體、磁體以及帶電體的機械作用、靜電效應的測量、 電容和電吸收、電磁波的性質和電磁擾動在晶體媒質中的傳播以及電磁感 應系數的計算等等。文中寫道：“我提出的這個學說可以稱為電磁場理論， 因為它關系到帶電體或磁體周圍的空間。它可以稱為動力學理論，因為它 假定在那個空間存在著運動的物質，在這些物質中理應產生可觀測到的電 磁現象”。麥克斯韋就這樣直接地預言了電磁波的存在。按著，麥克斯韋 從基本方程組導出波動方程，證明了電磁波是一種橫波，并求得電磁波的 傳播速度在空氣中等于電量的電磁單

26、位與靜電單位之比，即等于空氣或真 空中的光速。他由此得出結論：“這一速度與光速如此接近，看來，我們 有強烈的理由斷定，光本身乃是以波的形式在電磁場中按電磁規律傳播的 一種電磁擾動”一一這就是“光的電磁說”。這樣，早先法拉第關于光的 電磁理論的朦隴猜想，由麥克斯韋把它變成了科學的嚴謹推論。四、格侖萊爾的悠閑與電磁場通論的出版4.1格倫萊爾的悠閑1865年，麥克斯韋辭去了皇家學院的教席，來到了故鄉格倫奈爾莊園，格侖奈爾是蘇格蘭加羅維地區的一個小山 村，這里到處是一望無際的丘陵綠草如茵。時而點綴著一些小小的平地和 清澈如鏡的湖泊，一叢叢的茂密矮樹林，一條條蜿蜒的溪流伸向蔚藍的天 際，”格侖奈爾的美麗

27、是天然的、未經雕琢的，實在令人陶醉；不少有 社會地位的人在這里安了家。在格侖奈爾度過童年的麥克斯韋操一口地道 的鄉音一生也未曾改變。麥克斯韋離開倫敦皇家學院至少有兩個理由：其一是他想重建格侖奈 爾，這是一種封建義務和家庭傳統，父親關于重建格侖奈爾的遺囑對他而 言是神圣的，一定要完成的，“父親想把這所房子擴大規模，使它像一個 地方官員的宅邪，但他還沒有完成自己的工作就去世了。我一定要完成父 親未竟的事業?！丙溈怂鬼f有不少資產足以支持他退休。在皇家學院期間， 教學和研究任務十分繁重，現在回到了家鄉，他想當一個業余的科學家。 他說，“現在我有了充足的時間進行物理學實驗和思考，這是有公職時做 不到的”

28、。他把自己的時間分成兩部分，一部分在家鄉，一部分在倫敦； 有時他還到國外去游歷。夏天是格侖奈爾最美好的季節；1867年，改建房子的計劃終于完成了，他過起了悠閑的蘇格蘭地主的生活。他與科學界的 主要人物如：斯托克斯、W.湯姆遜和泰特一直保持通信聯系，麥克斯韋與這些學識淵博的人交往得益甚多。他的郵件往往又大又重，以至于郵局專 門為他設了一個郵筒。他要反復修改自己的論文，還要為自己的朋友修改 或校對稿子，使他每天都有一堆事情需要處理。其二也是更重要的原因，麥克斯韋在倫敦皇家學院任教期間，由于長 期含辛茹苦地工作把他弄得疲憊不堪；他最大的負擔是晚上上課，更糟的 是在冬天的晚上上課，教室里很冷，課后還要

29、對那些喜歡物理學和數學的 有天分的學生進行輔導，這使他不能集中精力搞他想搞的研究工作。更為 痛情的是，以前許多優秀的電磁學論文都是刊登在各種卷跌浩繁的學報上， 逐年累月漸漸被人遺忘；而且這些論文太深，學生們不敢問津。于是，他 決定用一種統一的方法，按照一種統一的思想來總結近百年的電學成就和 他本人十多年來取得的成果。這種統一的方法就是動力學的方法，這種統 一的思想就是法拉第的電磁場論的思想。4.2電磁場通論的創作在格侖奈爾，他以一種奔放的熱4 AmA fa麥克斯韋的手稿序/k Lb 14 L情于1866 1870年間投入一部偉大的著作電磁場通論的寫作，準 備對人類近二百年來在電磁學領域的研究成

30、果作全面的總結。其中有庫侖、 安培、奧斯特、法拉第等人的創造性勞動，也有 他本人的開山之功。經過幾年的甘苦，電磁學 通論的專著終于在1873年問世。這部經典著作， 共分兩卷，由四大篇構成。第一篇包括13章，系統地闡述了靜電學的理論和實驗驗證。第二篇包 括12章，闡述了穩恒電流的基本規律和物質導電 理論。第三篇包括 8章，論述了靜態磁場的基本理論和物質的磁化特性。第四篇包括23章，闡述的是電現象和磁現象之間的內在關系。第四篇是全書中最重要的部分，麥克斯韋在此全面展開地論 述了自己的研究成果。這就是將全部電磁現象所服從的規律概括為一組基 本方程，這就是為我們所熟知的麥克斯韋方程組。這一著名的方程組

31、把電 荷、電流、電場和磁場間的普遍聯系完全統一了起來，電磁波傳播的研究 和光的電磁理論是這部著作的精髓。在物理學史上，這一鴻篇巨著可以與 牛頓的自然哲學之數學原理相媲美。這部偉大著作于1881年、1891年相繼再版；其中包含了作者許多保貴的資料和深奧的見解。它對當代物理 學家甚至對以后幾代物理學家來說都是一個偉大而又不易達到的豐碑。他 的著作通過德國的赫茲和法國的龐加勒而傳遍了整個歐洲大陸。五、麥克斯韋電磁理論對后世的影響麥克斯韋電磁理論在他的生前并未得到充分的重視，他在英國的聲譽遠不及法拉第。麥克斯韋的電磁理論未得到充分重視的原因是它里面隱含 的思想不易被理解，就像赫姆霍茲和玻爾茲曼這樣有異

32、常才能的人為了理 解它也要花費好幾年的氣力。據說當玻爾茲曼讀到電磁場通論中的麥 克斯韋方程組時，他引用了歌德的話說道：“寫出這些符號的是上帝嗎？” 這個理論的統一力量受到不連貫性的損害；在英國，“論物理的力線”的 機械論類比，比起電磁場的動力學理論來說有更大的吸引力。在歐洲大陸 上，對電荷的不完美的表述和電磁媒質明顯的無理由的假定被看成是這個 理論不能成立的證據，超距作用的理論也解釋不了這個問題。直到19世紀70年代中期，赫姆霍茲仍然很難接受麥克斯韋的理論，并把此時電磁學領 域稱為“無路的荒原”。在他看來，麥克斯韋的理論只不過是這種情況的 數學特例加上物理學的假設而已。1876年之后，赫姆霍茲

33、不再花費時間來研究電磁理論，但他于 1879年麥克斯韋去世后專門為柏林科學院設立了一 個獎項，鼓勵用實驗批評地研究麥克斯韋理論的假設。在19世紀80年代，瑞利和吉布斯證明了麥克斯韋光方程體系對反射、折射、散射與實驗完全 一致。19世紀80年代后期，赫茲開始向麥克斯韋理論驗證的目標全面邁進 并最終得到充分證實。到19世紀90年代，玻爾茲曼也已表明，折射率和麥克斯韋理論預言的一種氣體在實驗上被確證。洛倫茲對光的研究為麥克 斯韋提出的光的電磁理論提供了越來越多的證據，他堅信：麥克斯韋電磁 理論必定能擊敗歐洲大陸上流行的超距理論。其實，麥克斯韋理論的真正 力量并不在于導出了電磁的性質，而在于在這個基礎

34、上成功地建立了他的理論體系。即使麥克斯韋在電磁場理論方面所做的貢獻只是為電磁學、光學奠定了當代經典理論的基礎，也是極為了不起的成就。事實上，麥克斯韋在這 個領域里的成就遠遠超出了經典理論的范圍，把物理學大大推進了一步?，F在看來，麥克斯韋是當代場論的先驅而且是廣義相對論的先驅；相對論 和量子論的形式正是電磁理論方法的某些方面結出的果實。在紀念麥克斯 韋誕生100周年時，愛因斯坦寫道：“在麥克斯韋以前，人們以為，物理 實在一一就它應當代表自然界中的事件而論一一是質點，質點的變化完全 是由那些服從全微分方程的運動組成的。在麥克斯韋之后，他們則認為， 物理實在是由連續的場來代表的，它服從偏微分方程，不能對它作機械論 的解釋。實在概念的這一變革，是物理學自牛頓以來的一次最深刻的和最 富有成效的變革?！睈垡蛩固沟脑u論既簡潔又充滿歷史洞見。自量子力學 出現以后，麥克斯韋的電磁場理論和在此基礎上的一些觀念就