电磁感应定律（麦克斯韦创立的电磁理论究竟讲了什么）

电磁感应定律(麦克斯韦电磁理论到底说了什么)

经典力学、电磁理论、热力学和统计力学构成了经典物理体系。那么电磁理论是怎么说的？让我们一起来了解一下。

1831年，这是人类历史上应该永远铭记的一刻。法拉第在这一年发现了电磁感应理论，标志着一场重大工业和技术革命的到来。人类正从蒸汽时代走向电气化时代，历史似乎已经注定。这一年，又一个正式带领大家进入电气化时代的人诞生了！他的名字叫麦克斯韦。

在大学里，麦克斯韦潜心研究了法拉第关于电磁学的新理论和思想后，坚信法拉第的新理论中包含真理。于是他抱着为法拉第的理论“提供数学方法基础”的愿望，决心用清晰准确的数学形式表达法拉第的天才思想。

经过十几年的研究，麦克斯韦将电磁场理论从介质扩展到空，甚至假设空之间存在一个动态的以太(科学家认为以太是传输光的介质，重力甚至电和磁都在以太中传输，从而发展了“光以太”假说)。它有一定的密度，能量和动量:它的动能。1865年，他提出了20个变量的20个方程，即著名的麦克斯韦方程组。他在1873年试图用四元数来表达，但是失败了！

四元数

1873年，麦克斯韦成功地将他十年的研究成果汇编成一本书，出版了著名的科学著作《电磁理论》。对电磁场理论进行了系统、全面、完善的阐述。这个理论已经成为经典物理学的重要支柱之一。他还预言了电磁波的存在，正式开启了现代无线通信的大门。

电磁波

麦克斯韦统一了电、磁、光的电磁场理论，是19世纪物理学发展的最辉煌的成就，也是科学史上最伟大的综合体之一。可以说，没有电磁学，就没有现代电工学，就没有现代文明。

然而在当时，麦克斯韦的理论并没有得到认可。就像亚里士多德的著作被奉为圣书一样，18、19世纪的科学家也把牛顿奉为神。

为了推广自己的电磁理论，麦克斯韦最终积劳成疾，于1879年去世，所以直到去世，他也没有把自己的麦克斯韦方程组完美地表达出来。

1884年，奥利弗·亥维赛和Josiah Gibbs以矢量分析的形式重新表述，我们现在看到的麦克斯韦方程组就这样诞生了！

奥利弗·亥维赛也是一个传奇。因为他患有猩红热，耳朵听不清楚，但他是自学的。他把麦克斯韦的努力从四元数变为向量，把原来的20个方程简化为4个微分方程。

吉布斯奠定了化学热力学的基础。他创立了矢量分析并将其引入数学物理，甚至将麦克斯韦方程组引入物理光学的研究。这两个人合理地构造了我们现在看到的麦克斯韦表达式！

麦克斯韦一般有积分形式和微分形式，其中H是磁场强度，D是电通量密度，E是电场强度，B是磁通密度。j是电流密度，ρ是电荷密度。当采用其他单位时，方程中的某些项会有一个常数因子，如光速C等。

积分形式的麦克斯韦方程组是描述一定体积或面积内电磁场的数学模型，其中第一个公式是由安培环路定律推广而来的全电流定律，第二个公式是法拉第电磁感应定律的表达式，第三个公式是磁通连续原理，最后一个公式是高斯定律的表达式。

麦克斯韦方程组的积分形式既描述了电场和磁场的性质，又描述了变化磁场激发的电场的规律，还描述了传导电流和变化电场激发的磁场的规律。

反映了空之间某一区域内电磁场量(D，E，B，H)与场源(电荷Q，电流I)的关系。在电磁场的实际应用中，经常需要知道空之间逐点电磁场量、电荷、电流的关系。微分形式是麦克斯韦方程组的积分形式在数学形式上的变换！

麦克斯韦方程组准确地描述了电磁场及其相互作用的特征。就这样，他把混沌现象总结成了统一完整的理论。

但由于当时的历史条件，人们只能从牛顿经典的数学和力学框架中去理解电磁场理论，这也是当时人们不知道麦克斯韦电磁理论的原因。

直到赫兹经过反复实验发明了一种电波环，并用这种电波环做了一系列实验。终于，在1888年，他发现了人们怀疑并期待已久的电磁波。

赫兹的实验发表后，在全世界科学界引起了轰动。法拉第开创、麦克斯韦总结的电磁理论在这一点上取得了决定性的胜利。

赫兹实验装置

一个世纪以来，麦克斯韦方程组在理论和应用科学中得到了广泛的应用。可以说麦克斯韦方程组推开了现代文明的大门。

虽然麦克斯韦方程组构成了电磁理论的基石，但它与牛顿的经典力学相矛盾。麦克斯韦电动力学的一个结果是光速在不同的惯性系中是恒定的，这与经典力学的伽利略变换相矛盾。

它是伽利略变换经典力学中使用的一种方法，在两个仅以平均速度相对运动的参照系之间进行变换，属于动态变换。伽利略变换构建了经典力学的时间空观。

伽利略变换认为，在同一个参照系中，两个事件同时发生，在其他惯性系中，两个事件也必然同时发生。时间间隔的度量是绝对的，长度的度量也是绝对的。经典力学定律的数学形式在任何惯性系中都是不变的，换句话说，所有惯性系都是等价的(相对性原理)；伽利略变换构建了经典力学中绝对时间空的概念。时间和空与参考系的运动状态无关，时间和空是绝对的。

这种绝对的时间观空与麦克斯韦创立的电动力学相冲突。如果把伽利略变换应用于描述电磁现象的麦克斯韦方程组，我们会发现它的形式不是常数，即伽利略变换下的麦克斯韦方程组或电磁现象定律不满足相对性原理。

我们可以从麦克斯韦方程组得到电磁波的波动方程，求解光速在true 空中为常数的波动方程。按照经典力学的时间空观点，这个结论只应该在一个特定的惯性参照系中成立，这个参照系就是以太。

论证过程

总之:电磁现象遵循的麦克斯韦方程组不服从伽利略变换。

牛顿认为重力，甚至电和磁，在以太中传播。受经典力学思想的影响，物理学家假设宇宙中到处都有一种叫做以太的物质。他们普遍认为以太是电磁波和光的媒介。在经典物理理论中，这种无处不在的“以太”被视为绝对惯性系，在其他参照系中测得的光速是以太中光速与观察者参照系相对于以太参照系的速度的矢量叠加。

两者的矛盾也催生了另一个伟人，那就是爱因斯坦，他为了解决两者的矛盾，提出了相对论。此时物理学已经从经典物理体系转变为现代物理体系，电磁理论也逐渐发展为现代物理体系中的量子电动力学。

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