转贴
看见一本书，《文盲正侃时间史》，摘取电磁学发展史章节，与大家分享！

百川归海
说到光，我们就不得不提起另外两个家伙：电、磁。别急，咱很快就知道这是为啥。
虽然，人类知道电和磁的时间很长，但对它们之间的关系却一直很暧昧。
我们来看看磁、电学科发展的粗略时间表：
距今2600年前，古希腊思想家、科学家、哲学家泰勒斯闲来无事玩石头，玩着玩着，他惊奇地发现，有两种石头魅力四射，居然能吸引某些其他的物体，就像妲己吸引纣王那样。黑乎乎的那块石头，我们管它叫磁石；半透明的那块石头，我们管它叫琥珀。根据经验和直觉，泰勒斯推断，这说明它们内部有生命力。这个今天看起来很幼稚的结论，居然被人们相信了两千多年（或许更长），直到公元前300年，斯多葛派哲学家还以此来证明：世间万物因有生命而相互吸引。
距今2400年前，《管子》记载“上有慈石者，其下有铜金”，这是关于磁的最早记载。其后《吕氏春秋》提到“慈石召铁，或引之也”。东汉高诱在《吕氏春秋注》中谈到：“石，铁之母也。以有慈石，故能引其子。石之不慈者，亦不能引也”。瞧瞧，叫“慈”石，东西方不约而同把吸引物体这个现象与爱联系起来，磁石在许多国家的语言中都含有慈爱之意。人类用善意的憧憬去理解大自然，虽失主观之偏，却从浪漫中得到了精神的慰藉。
距今2300年前（或许更早），春秋战国时期，史上最著名的汤勺问世，它就是指南针的始祖——司南。司南用纯天然磁石打造，健康安全环保，样子像一把汤勺，可放在平滑的“地盘”上并保持平衡、自由旋转，停转时，勺柄指向南方。《韩非子》中就有“先王立司南以端朝夕”的记载。指南针作为中国古代四大发明之一，供我们这些不肖子孙反复骄傲了很多年。不过，对于司南的样子，历来就有争议。争议的原因是，用天然磁铁，确实可以打磨一把汤勺，但无论这把汤勺和“地盘”打磨得多光滑，它也不能指南或指北，因为天然磁石磁距小，底部摩擦总显得过大……所以，很多人认为，指南的司南也许有，但不会是这把汤勺。我们今天看到的司南，是学者根据史书的只言片语揣摩复原的。
距今1500年前，《武经总要》上传了名为“指南鱼制作全过程[申精]”的帖子，帖子云：将薄铁片剪成鱼形，烧红，将鱼尾指向正北，稍向下倾，入水，使鱼尾淬火，取出后铁片鱼就被磁化了。把它固定在可以水上漂的物体（八成是木头）上，使之浮在水面，就成为可以为我们指示方向的指南鱼。这是首例人工磁化的记载。1500年后，广大斑竹经验证、研究认为，在当时的条件下，此

此方法十分科学可取，遂决定加精欣赏。古代劳动人民的智慧真是灿烂辉煌啊！
1600年，英国著名医生、物理学家吉尔伯特在伦敦出版了《论磁》，记录了磁石的吸引与排斥、磁针指向南北等性质，并断定地球本身是一个大磁体，提出了“磁轴”、“磁子午线”等概念，开创了电学和磁学的近代研究。他第一个称电吸引的原因为电力。他认为电与磁是有本质区别的两种不同现象。
1777年，牛顿之后英国最伟大的科学家之一，亨利•卡文迪许提出，电荷之间的作用力可能呈现与距离的平方成反比的关系。卡文迪许是当时富翁里最有学问的，也是学者里最有钱的。氢气是他发现的，水的化学成分也是他确定的，他是第一个计算地球质量的人，在静电学上，也颇有研究。但这家伙很古怪，比如他买股票矢志不渝只买一支，比如他羞于见人，听到赞扬时会落荒而逃，比如他发现或预见到了能量守恒定律、欧姆定律、电传导定律等等N多如雷贯耳的定律，但都不发表，也没有告诉别人，结果……
1785年，法国物理学家查利•奥古斯丁•库仑通过实验确立了电力的平方反比定律——库仑定律（看看卡文迪许的发现，唉，谁让你做了不说）：两电荷间的力与两电荷的乘积成正比，与两者的距离平方成反比。这是静电荷间相互作用力的规律。此后，他又证明：同样的定律也适用于磁极之间的相互作用。这是电学发展史上的第一个定量规律，从此，电学的研究，由定性阶段跃升到定量阶段。
1786年，意大利医生和动物学家伽伐尼在实验室解剖青蛙，刀光、血迹、尸体……青蛙已驾崩多时。真是一个恐怖的画面。接着，更恐怖的事发生了：当刀尖碰到蛙腿神经时，蛙腿突然痉挛起来，同时出现电火花（罪过啊罪过--!）。诈尸？！NO！伽伐尼认为，这是由于动物体上本来就存在的电引起的，他把这种电叫做“动物电”。这个偶然发现，引出伏打电池的发明，and电生理学的建立。
1800年，伏打发展了伽伐尼的实险，他让不同的金属相互接触，惊奇地发现，金属不仅可以导电，还可以生电！伏打说：在伽伐尼的实验里，金属才是电的始作俑者，蛙腿是神经受电而动。接着他又发现，金属接触某些液体时，也会产生电流。他把几对黄铜和锌做成的电极连接起来，浸在盐水里，就有电流产生。最原始的电池问世了！这是人类的神奇发明之一。想想看，世上如果没有电池，我们的生活会有什么不同？当然，这些都是后话了，伏打电池发明初期的作用也非同小可，此前，科学家进行电流研究，用的大都是静电，

——法拉第
戴维身世虽比不上法拉第那么惨，却也是苦孩子出身，少年丧父，坎坷凄凉。法拉第求学的恳切之情令他感慨。感动+同情+欣赏=接受。戴维把法拉第收入门下，作为助理和仆从。法拉第开始只是做些为实验室洗瓶子之类的杂务，收入还不如装订工，但他仍是喜出望外——可以接触更多与科学相关的工作，学习环境也远非往日可比。
戴维很快就发现法拉第天赋超群，让法拉第参与的实验逐渐增多，甚至放手让他独立工作。温润的土壤催开了天才的生命之花，这是一朵灿烂的报春花，它开启了人类科学的又一个春天。

从此，电阻单位的名称就叫“欧姆”。可见有了什么东东及时让大家知道是一件多么重要的事——当然有了情夫的孩子除外。
还是1827年，法国化学家、物理学家安培发表了他的著作《电动力学现象的数学理论》。他通过一系列实验，得出一系列结论。他发现通电的线圈与磁铁相似，于是电磁铁诞生了。他还八卦了电与磁的暧昧关系，比方说，电流方向、电磁场方向与相吸、相斥的关系。他窥见，电一运动，就有了磁。而电流是怎么运动的呢？他说，电流从分子的一端流出，通过分子周围空间，由另一端补入，这就是著名的分子电流假说。对于铁为什么会被磁化，他解释道：铁分子内存在永恒的电流环，这些电流环具有磁性，但它们方向凌乱，就像一群内斗不休的国民，每个人都拼命阻止别人发力，功力就这样内耗了，因此在一般情况下，宏观的铁块不具备磁性，但是，外部磁场能够让铁分子的电流环磁性方向一致，从而让宏观的铁块显现出较强的磁性。他还导出了两个电流元之间的相互作用力公式。分子电流后来被称为“安培”电流，电流的单位就叫“安培”了。
1831年，这是个光明的年度，人类一脚踏进了新的文明。我们长话短说，这事，说起来话就长了。奥斯特发现电流可使磁针偏转后，天才们集体闪出灵感的火花：电力能产生磁针偏转这样的机械力，那么，机械力是不是也能变回电力呢？既然大家都往一个方向跑，那么剩下的事，就看谁先撞到终点那根华丽丽的线了。
安培下手比较早，各种实验，但根本的实验思想错误，无法成功。这不要紧，因为很多人也没有成功。
不过，有个人差点就成功了。
他的手已经搭上了成功的边缘，却随即跌入失败的深渊。不过，这种事多了去了，不算什么，狗血的是，这个动作他重复了N次，而失败的原因，竟然是他跑得不够快！
科拉顿。1825年，他把一块磁铁插入绕成筒装的螺旋线圈里（这种配置，大家想必十分的熟悉了），线圈连接着一只灵敏的电流计。记住，是“灵敏”的电流计哦！
让磁铁在线圈中运动，或许能产生电流。他想。
我们都知道，他想对了。
但他想多了——为了避免磁铁移动时，对电流计产生影响（都是“灵敏”两个字害了他），他把电流计放在另一间房里。
于是，实验过程如下：
科拉顿先动一下磁铁，然后跑到另一间房里看看电流计指针。你晓得，他一定看见指针老老实实地呆在0刻度，好像要憋着100年不变。
我们知道，磁铁动时，有电流，指针会动一下，但磁铁停下来，电流消失，指针就回到0

法拉第同学最大的缺憾，是数学成绩不好，因为他基本没上过什么学，没有机会接受足够的数学训练。但是，他超强的形象思维能力，弥补了这方面的很多不足。电场、磁场这种看不见、摸不着、描述起来极其抽象的东西，用电力线、磁力线概念一表述，它就可以进入各种物理课本，甚至可供中小学生学习理解。更重要的是，这些概念是简洁的、科学的，为电磁学的建立奠定了基础。
这，堪称法拉第超强形象思维能力登峰造极的表演。
法拉第还提出了“力场”的概念。他认为，一无所有的空间是不存在的，包括月末我们的口袋，到处都充斥着物质运动的“力线”。所谓力场，是一种矢量场，场中的每一点，其矢量都可以用一个力来量度。从此，描述、解释力，有了一种简洁、形象、便捷的形式。
力场概念刚出世时，大家一看，这些条条道道太小儿科，没有尖端理论的样子，于是一度视之为随意涂鸦，鄙视如工资条，既不经看，也不经用。但随着时间的推移，人们惊奇地发现，那些看不见、摸不着、神秘无比、高深莫测的力，居然如此真实地与这些线条吻合起来。换句话说，用这些线来表示、解释、计算、预言力现象，更直观、更便捷、更顺手，用了都说好。
力场是最重要的科学概念之一，它不仅奠定了电磁学的基础，还成为现代物理学的重要基石之一。
物理中的三大场：磁体在磁场中受力；电荷在电场中受力；一般物质在力场中受力。
法拉第的理论为当代物理学中的诸多进展开拓了道路，其中包括麦克斯韦方程。力场成为物理学家的灵感之源，他们纷纷用力场来描述引力理论，甚至弦场论。
爱因斯坦高度评价法拉第的工作，认为他在电学中的地位，相当于伽利略在力学中的地位。
……
接下来，就是本文的第二位超级牛人——麦克斯韦的时代了。
话说1831年11月，法拉第制造出世界上第一台手摇发电机。手摇柄带动一个铜盘，在磁铁两极间转动，铜盘边缘和圆心各贴紧一个铜电刷，用导线接在电表上。OK。
当他在英国皇家学会展示这个其貌不扬的小怪物时，一位贵夫人忍不住问他：“这玩艺能有什么用呢？”从发梢到脚尖都是疑惑。
法拉第彬彬有礼地答道：“夫人，新生的婴儿又有什么用处呢？”
是的，没人能预测婴儿的未来，也许百无一用，也许改天换地。谁能料到，那台简陋到让人生疑的发电机，开启了人类的新文明呢？
1831年11月13日，苏格兰爱丁堡的乡下，降生了一个婴儿，虽然无法预料婴儿将来会怎么样，但所有的父母都对孩子寄予厚望。他

1831年11月13日，苏格兰爱丁堡的乡下，降生了一个婴儿，虽然无法预料婴儿将来会怎么样，但所有的父母都对孩子寄予厚望。他家也不例外。何况，他的家境还不错——地主。他的父母都受过良好的教育，面对这个新生命，他们一致通过一项决议：教育从娃娃抓起。
娃娃的名字是：詹姆斯•克拉克•麦克斯韦。
父母总是喜欢大胆畅想孩子的将来，虽然胆子一个比一个大，但这孩子的将来，远远超出了麦爸麦妈的想象力，居然成为堪与牛顿比肩的人物，彪炳史册，光耀千秋。何止是光宗耀祖，何止是为国争光？他与全人类同在！
麦克斯韦小时候，由母亲教他读书，知识渊博的父亲也不失时机地引导他，而小麦过人的天分和对学习的兴趣，让这一过程和谐圆满。
不完美的万象万物，才能构成完美的整个宇宙。所以老天是仁慈的，也是冷酷的，赐予时，慷慨无私，夺取时，不容置疑。在小麦8岁时，肺结核夺走了母亲48岁的生命。刚刚懂得幸福滋味的小麦深受打击，性格开始变得孤僻、内向起来。
幸好，能干的父亲不仅机械设计专业干得好，家里的活都拿得起来，甚至能设计裁制服装鞋帽，心灵手巧，细致耐心，责任感极强，又当爹又当妈。父子相依为命，形影不离。小麦深受麦爸的影响。
两年后，麦爸把10岁的小麦送到爱丁堡公学读书。
乡下的孩子进了城，难免要受到孩子们的冷落、嘲笑和孤立，小麦在冷眼中学习，在抗争中提高，拳头与眼神齐飞，智慧与意志同在，就是不低头。
当然，“全校公敌”不止小麦一个，还有坎贝尔和泰特，这仨孩子同病相怜，成了朋友。
还是老一套：天将降大任于斯人也，必先……老天不会让谁白捡便宜，也不会让谁白受委屈。委屈的他们后来都出息了，坎贝尔是古典文学学者，泰特是数学和物理学家。当然，这是多年以后的事了。先说眼前的事，瞧，小麦升到中年级了。
扬眉吐气的机会终于到了！学校设了个擂台——当然不是打架用的，而是PK智慧，数学和诗歌比赛。小麦一出手不要紧，一下子独揽了两项大奖。同学们的下巴都掉地上了：这个又土又凶的傻帽居然是个才子！
小麦偏爱数学和物理，麦爸老早就发现小麦很有数学天赋。而这个天赋，居然是从美术课上发现的。一次，麦爸教小麦静物写生，面对插满金菊的花瓶，小麦刷刷点点，很快挥就。好奇的麦爸凑过去一看，这线条，是有多简洁啊：花瓶→梯形；菊花→圆圈；叶子→三角形。图形准确，还有空间立体感。麦爸当时就把培养一个画家的梦想，改成了培养一个数学家。

高人的眼光就是高啊！这个会员后来成为使徒俱乐部的骄傲，他们因他而流芳千古。
眼光高的不只有俱乐部的高才们，剑桥大学教授、地球物理学家、著名数学家霍普金斯也独具慧眼。
这一天，霍教授去图书馆借一本书，不料到图书馆一查，一个学生已捷足先登，借走了。
借书本身并不奇怪，奇怪的是，居然有学生能借这本书。这是一部深奥的数学专著，一般的学生不可能读懂——即使是剑桥的学生。
经查，该生名叫麦克斯韦。
霍老师满怀好奇地找到小麦，发现小麦同学正在埋头狂做笔记，不是一般的勤奋。刚要表扬一句，却发现他的笔记一团糟，不是一般的乱！于是，霍教授对这个乍看不一般，细看更不一般的学生说道：“年轻人，要是没有条理，你永远也成不了数学物理学家。”
小麦被霍教授收入门下，成为霍普金斯私人班级的第15个入门弟子，吃上了小灶。
有才，还求才、识才、爱才、育才，这才叫教授，教授云集之所，名校也；
贪财，便求财、识财、爱财、索财，还劫色，那是叫兽，叫兽云集之所，名利场也！
霍教授的鼎鼎大名既非自封，也非官封，人的实力和业绩到了一定程度，名声就不请自来。他不仅自己学识渊博，还有办法让学生超越自己。他的班，就是数学强人制造厂，门下牛人辈出，随便举几个例子：

汤姆逊，热力学的主要奠基者之一，电磁学的先驱，举世闻名的物理学家开尔文勋爵，后面会驾着两朵乌云出场。
斯托克斯，成就不说了，他是继牛顿之后，任剑桥卢卡斯座教授、皇家学会书记、皇家学会会长这三项职务的第二个人。更牛的是，这三职，牛顿是先后出任，斯托克斯是同时兼任！
凯利，不变量理论的奠基人，n维空间概念的提出者，矩阵理论的先驱。
桃李芬芳啊！手下不断出大师，就算打死你也不承认，你也是大师。
霍教授帮小麦同学改掉了没有条理的坏习惯，培养小麦同学严谨的作风——这是一名数学家所必备的。数学是解决问题、认识世界的工具，霍教授循循善诱地把这一思想植入学生的灵魂。
小麦还参加了数学强人斯托克斯的讲座，这位师兄对他帮助颇大。
天才有了名校、良师、益友，自己又如此勤奋，坐拥天时地利人和，想不出成绩都难。不到三年，小麦就掌握了当时所有先进的数学方法，霍普金斯称小麦是他学生中最杰出的一个。
1854年，23岁的小麦毕业后，留校任职：三一学院研究员。开始，麦研究员研究的是光学上的色彩论。一天，他一不留神读了法拉第的《电学实验研究》，这一读不要紧，法拉第和电学瞬间把他迷住了。
天才对科学的魅力毫无免疫力。所谓秒杀。
所以，他们对科学具有超强的悟性力——只有钻进去，才能悟出来。
当时，人们对法拉第的理论颇有非议，最主要的原因是，法拉第的理论与经典力学暗含的“超距作用”思想相冲突。
牛爷岂是好惹的？光学只能算是牛爷的副业，在波粒大战中，他都能单挑胡克、波义耳、惠更斯等牛人。现在，你在牛爷的主营业务——力学头上动土，这还了得？
一位天文学家、牛爷的粉丝说：“谁要是在超距作用和模糊不清的力线观念之间有所迟疑，那就是对牛顿的亵渎！”瞧瞧，不要说相信法拉第的学说，就算迟疑一下，也是罪过！
虽然法拉第很牛，理论都有实验支持，并且大家都用着发电机的电，但是，几乎所有人都呼啦一下子站到牛爷一边。什么叫不由自主？这就是情不自禁！习惯了。
在这种氛围下，就算是明眼人，也容易偏风被迷了眼。
但是，有一种人，眼睛永远是明亮的，他们思维敏锐，不拘古法，笃信事实，只求真理，无惧权威，卓尔不群。我们的小麦，正是其中杰出的代表。
麦克斯韦认真地研究了法拉第的著作后，他感受到力线思想的宝贵价值，法拉第超强的想象力、形象的思维、巧妙的方法、精准的实验、切合实际的理论、不容置疑的成果，都让小麦一见倾心。

同时，初具巨匠风骨的小麦，也敏锐地看到，法拉第在定性表述上，存在明显的弱点。
我们都知道，法拉第数学成绩不好，有人说，他是不懂数学的科学家中最杰出的，但也正是因为他不懂数学，导致聪明绝顶的他失去了与牛顿比肩的机会。
法拉第把他一生从事电学研究的实验成果，写成了三大卷、洋洋千万言的《电学的实验研究》，其中，需要用数学来描述的地方比比皆是，法拉第扬长避短，充分发挥用自己的形象思维能力，用巧妙的图示弥补了这一不足，这一手，科学史上无人能及。
小麦对法拉第的绝招相当拜服，它为我们带来了电力线、磁力线等巧妙、实用的科学成果。同时，小麦也认识到，图示毕竟只是图示，作为科学理论表述，它够直观、够巧妙、够人性，但，不精确、不严密、不给力啊！
从前文可知，在超距作用的问题上，虽然法拉第的解释很有道理，但是，缺乏严谨的数学推导和公式支持，这就是为什么那位牛粉天文学家用“模糊不清的”这个词来修饰法拉第的力线理论。
1841年，法拉第的师兄汤姆逊同学发表了第一篇论文，在电学方程和热流方程之间，建立了形式上的类比，可以通过代换，把某些电学问题，变成热学理论问题，而热学，是有数学支持的。这一招叫借花献佛，狠毒点也可以叫借刀杀人，借助热学中的数学方法，以类比为桥梁，搞定了电学中的某些数学问题。
1845年，汤姆逊提出了一个对电力线的精确数学描述。接着，他首创了电像法；提出了用“弹性固体转动应变”，来类比磁力；把能量原理应用于电学……解决了法拉第理论的一些数学问题。
小麦睁开眼睛，从回顾中展望现实，年轻的双眸闪烁着大师的智慧光芒。
俯瞰电磁学的广阔土地，砖瓦、木材、钢材、玻璃、水泥、沙土、石块、器具……丰富而杂乱，这是一笔巨大的财富，足以建设一座新城，那将是一个崭新的王国！
吉尔伯特、卡文迪许、库仑、伽伐尼、伏打、奥斯特、欧姆、安培、汤姆逊……尤其是法拉第，为这个新区准备了丰足的建设材料，平整了土地、打好了桩基、盖好了工棚，甚至散落着几处像样的民居。可惜的是，这些工作不成体系。
就让我来当这个总设计师吧！
小麦的工作得到了汤姆逊的鼎力支持，受益匪浅。1855年，24岁的麦克斯韦发表了他的第一篇电磁学论文——《论法拉第的力线》。
这篇论文也用了类比法，不同的是，麦克斯韦提出用“不可压缩的流体”来类比力线，比起师兄汤姆逊的类比，普遍性更强，能解决更多的问题。他还区分了磁感应力、

比起师兄汤姆逊的类比，普遍性更强，能解决更多的问题。他还区分了磁感应力、磁力这两个矢量，使这个让很多科学家大伤脑筋的问题豁然开朗。
麦克斯韦用矢量微分方程描述电场线，从此数学与电学喜结良缘。力线概念有了精确的数学表述，法拉第直观的描绘上升到了理论的高度。
电磁王国宫殿的蓝图已经绘就，基础已经打好，下一步，就是构架主体框架了！展望前景，风光无限啊！麦克斯韦激情满怀，正准备一鼓作气，大展身手，然而，一阵敲门声打断了他的思路。
邮差。
他送来一封信。家书，却不是父亲的笔迹。一股寒意沿着脊梁袭遍全身。
父亲出事了？拆开信，他怀有侥幸的担心，成为冷酷的现实。信是好心的邻居代写的，父亲病重，已卧床不起。
麦克斯韦从小失去了母亲，父亲一人担起了两个角色。在麦克斯韦心里，父亲不仅仅是亲人，他还是良师、益友，感情之深，无以言表啊！
在事业和亲情之间，麦克斯韦没有彷徨，他毫不犹豫地选择了后者：回去照顾父亲！
这是一个正常的决定，也是一个值得尊敬的决定。要做事，先做人，连自己的亲人都不爱的人，他会爱事业？他会爱某个组织？鬼才相信。
麦克斯韦离开了学术环境优越的剑桥，来到阿伯丁，这里离家近，便于照顾父亲。他在一所学院谋到了一个教授的职务，教物理。
征得学院的同意，他先在家照顾好父亲，再去任教。
尽管麦克斯韦倾心竭力减轻父亲的病痛，想尽办法恢复父亲的健康，但在生命的凋零面前，一切都显得那样无能为力，挚爱的父亲最终还是撒手人寰。
那是1856年，春季。
麦克斯韦深受打击，悲痛充斥着生活的每个角落。
阿伯丁的马里斯查尔学院欣赏麦克斯韦的才华，决定正式聘任他为自然哲学（物理）教授，向他发出了邀请。
麦克斯韦犹豫了。无论从学术环境、生活环境方面，还是从收入、前途等各方面，阿伯丁与剑桥无法相提并论，慈父已去，留在这里已毫无意义。但，短暂的犹豫之后，他决定留下任教。只为了两个字：
诚信。
不仅要留下，还要尽力而为。人品，决定行动。
1856年11月，25岁的麦克斯韦来到了马里斯查尔学院，开始了物理教师的生涯。
麦克斯韦才思敏捷，他的文章思路清晰，条理分明，逻辑严谨，看了都说好。但老师是用“讲”的，站在讲台上，总不能整堂课都让同学们欣赏吱吱嘎嘎连绵不绝的板书吧？我们知道，麦哥那随着敏捷思路闪电穿越的语言，连剑桥的高才们都难以理解，何况是这里的学生！
麦哥是个有自知之明

麦哥是个有自知之明的人。为了有个好的开端，讲好第一堂课，他花了很长时间，做了精心准备，包括练习放慢语速、理清层次等等。
但是，踏上讲台，一开口，就收不住了，思路如潮，语速随之奔腾跳跃，还带着家乡口音……两课时的内容，用一个课时就讲完了。学生们呆若木鸡，神马也没听懂。
一颗大汗从坐镇旁听的院长头侧滑落。
下节课干嘛？总不能空着吧。麦老师很有办法——重播上节课实况。
学生们当堂凌乱了。
第一节课尴尬收工。麦克斯韦痛下决心，刻苦练习发音、语速和讲解，见此情景，人们对麦老师勤奋敬业的精神所感动，包括院长和他的家人。院长的女儿玛丽帮了麦克斯韦的大忙，使麦老师的业务水平迅速提高，成为一名合格的教授。
其间，神奇的爱情产生了。丘比特这孩子，总是在最不可能的时间出现。
麦克斯韦这一年失去的春天，在冬天重新降临。阳光温暖起来。
无论怎么努力，麦克斯韦也当不成一名优秀教师。但他却是搞科研的奇才。在马里斯查尔学院，他对神奇的土星光环进行了研究，这是个天文学课题，跟电磁学一点关系也没有。
这个课题是拉普拉斯遗留下来的。拉普拉斯是法国数学家、天文学家，分析概率论的创始人、天体力学的主要奠基人、天体演化学的创立者之一。还记得吧，就是在波粒大战中，用微粒说分析光的双折射现象，批驳波动说，还设了个“光的双折射理论研究”奖的那个粒军大将。
根据那时的观测，土星环貌似一整块固体环，很美很神奇。1787年，拉普拉斯按照观测结论，把土星环作为刚性的整块圆环，进行了研究和计算。结果发现，想要让这个环保持稳定，不破裂、瓦解，那么，它在密度分布、引力平衡、转速等诸多问题上，必须满足十分苛刻的条件才行，任何细微的出入，都会让这个环分崩离析。
拉普拉斯的研究到此为止。
1855年，人们又观测到一个新的暗环，还发现原来的环有分离现象，环的整体尺度，在发现以来的200年间，也有细微变化。它居然hold住了，没崩溃。
咦？！
有的科学家提出，或许它不是一整块的，而是固体流体组成。你要是觉得固体和流体放在一起矛盾，想想沙子就OK了。
麦克斯韦着手这个课题，首先假定土星环是固体环，经过精密计算，证明无论在哪种情况下，这个环都必须瓦解——它不可能成立。然后，他假定土星环是固体流体，把其中的个体看成质点，也就是说，土星环由无数漂浮的质点组成。他根据这个思想建立了模型，强悍的数学能力得到充分发挥，他得

麦克斯韦着手这个课题，首先假定土星环是固体环，经过精密计算，证明无论在哪种情况下，这个环都必须瓦解——它不可能成立。然后，他假定土星环是固体流体，把其中的个体看成质点，也就是说，土星环由无数漂浮的质点组成。他根据这个思想建立了模型，强悍的数学能力得到充分发挥，他得出结论：光环的稳定，取决于这些“质点”在其轨道切线方向上所受到的力——切向力。
1857年，麦克斯韦的论文《土星光环》获得了剑桥的亚当斯奖。1895年，他的理论被观测证实。
土星光环的研究，提升了麦克斯韦的哲学、科学洞察力，锻炼了数理分析、技术分析能力，在科学上走向成熟。
利刃照影，寒星游弋。我已做好准备，剑出鞘，必改天换地！
出鞘前，还有两件大事要做：后勤、后援。

20988819(9级) 楼主

【图】年轻时的麦克斯韦，帅呆了。
1858年，麦克斯韦当了新郎官，新娘就是帮助过他的玛丽。虽说新娘比新郎大7岁，但这不重要。重要的是，他们相爱，玛丽倾心支持麦克斯韦的科学事业，解除了他的后顾之忧。而麦克斯韦也深爱着玛丽。1876年，玛丽患上神经性疾病，非常痛苦，麦克斯韦尽心尽力地照顾她。
1860年秋，马里斯查尔学院与别的学校合并，要裁员，麦克斯韦由于口才欠佳，被儿时好友泰特PK掉，失业了。不过，随后，麦克斯韦被聘为伦敦国王学院教授。
秋高气爽。伦敦。一个阳光灿烂的日子。麦克斯韦拜访了法拉第。这是两个伟人的世纪之晤，这一见，具有划时代的意义。他们性格、年龄、爱好迥异，一个活泼和蔼，一个严肃机敏；一个年近古稀，一个刚届而立，相差40岁。但这不仅没有妨碍他们的交流，反而相辅相成，高山流水。法拉第是实验探索的大师，麦克斯韦是理论概括的巨匠，简直就是绝配！
法拉第有大师的才能，更具大师的气度。麦克斯韦就《法拉第的力线》征求他的意见时，法拉第说：“我从不认为自己的学说就是真理，但你是真正理解它的人……你不应该仅限于用数学来解释我的观点，而应该突破它！”
知道怎么做固然重要，知道做什么，更重要。
法拉第的话像一盏明灯，照亮了麦克斯韦的前进之路。有名师指点，麦克斯韦信心百倍，立即投入电磁研究。
他首先建了个理论模型，以便更直观、更透彻地研究法拉第力线。在这个模型里，他引进了一种充满空间的介质，来说明磁力线的相关应力。
至于磁体，麦克斯韦把它描述成这样一个吸管：它不断地吐纳介质，这头进，那头出，周而复始，磁力线就这样产生了。虽然“介质吐纳”不符合事实，但作为一个数学模型，它成功地导出了正确的结论。有人称之为“以太模型”。
在分析介质性质时，他发现，把静电单位和电磁单位相除，可以得到一个具有速度纲量的常数。后来科尔劳施和韦伯把这两个电量值给测出来了。运算得到的常数值，居然接近光速值！太巧了吧？！
1862年，麦克斯韦完成了论文《论物理的力线》。他阐述了“位移电流”概念，以及“以太模型”方面的探讨。
他把磁场中的转动这一假说，从寻常的物质推广到以太，提出磁场在以太中的涡旋电场概念。这个观念告诉我们，电这家伙，它不是只住在导体里的一种流体，而是充满空间的一种粒子，只不过，它的习性很奇特，在绝缘体（比方说空气啊塑料啊等等）

他把磁场中的转动这一假说，从寻常的物质推广到以太，提出磁场在以太中的涡旋电场概念。这个观念告诉我们，电这家伙，它不是只住在导体里的一种流体，而是充满空间的一种粒子，只不过，它的习性很奇特，在绝缘体（比方说空气啊塑料啊等等）里，它固定不动，而在导体（比方说金银铜铁锡啊等等）里，它可以自由运动。这样，如果我们让导体里的电运动起来——也就是产生电流，那么，这些粒子就会带动它周围的涡旋转动，然后带动邻居粒子周围的涡旋，像齿轮那样，以此类推，运动面就无限扩大，就形成了力线……
通过流体的观察实验，麦克斯韦认为，磁涡旋间的微小粒子，与电完全相同。
位移电流概念的提出，在电磁学中，是继法拉第发现电磁感应后的又一重大突破。从理论上成功解释了法拉第的实验结果，发展了法拉第思想。
根据这个假设，麦克斯韦导出了复杂的方程组。这相当关键。我们知道，不管哪门科学，只有它发展到高峰，才有可能用数学公式作为定律。
1863年，麦克斯韦再接再厉，完成了《论电学量的基本关系》，宣布了与质量、长度、时间有关的电学量和磁学量的定义，引入了成为标准的记号。电磁学又向前迈出了重要的一步。
1865年，麦克斯韦发表了划时代的论文《电磁场的动力学理论》，完善了他的方程组，用这个方程组，他证明了世界上有这样一种东西存在：电磁波。现在，我们都知道电磁波的重大意义。他还导出了电场、磁场的波动方程……法拉第当年关于光的电磁论的朦胧猜想，经过麦克斯韦的精准演算，成为科学的推论。
麦克斯韦在数学上证明了，这些电力和磁力的产生，不是因为粒子有特异功能，相互之间凭空发生作用的结果，而是电荷和电流所产生的“场”相互作用的结果。
真是令人膜拜，我想破脑袋也想不出，他是怎样发现、并且居然是用数学来证明这些的。
人比人得死，头比头得扔，为了不死不扔，咱不比了！
麦克斯韦还发现，“场”中的每一点，都可能同时携带电力和磁力。电场随时间变化，则产生磁场；磁场随时间变化，就产生电场，二者互为因果。它们看起来很复杂，其实根子很单一：都因电荷而生，又作用于电荷。
于是，针对这个力，和携带这个力的场，麦克斯韦说出了我们今天都非常熟悉的两个名词：电磁力、电磁场。
电磁场是电磁力的媒递物，是统一的整体，电场和磁场是它紧密联系、相互依存的两个侧面。
电和磁，就这样合为一体，永不分离。
麦克斯韦方程预言，电磁场中存在波状微扰，并且以

电和磁，就这样合为一体，永不分离。
麦克斯韦方程预言，电磁场中存在波状微扰，并且以固定的速度行进，如同水面的涟漪。于是，麦克斯韦兴致勃勃地计算它的速度，算出电磁波的传播速度，是介电系数和导磁系数的几何平均的倒数，一看得数，是一个惊人的巧合：这个波的速度居然等于光速！原来，几年前得到的那个值，不是一个巧合！
于是，麦克斯韦缓缓地爆出一个猛料：光，也是一种电磁波！
现在我们知道，麦克斯韦波的波长在390—760纳米之间时，它们就是可见光，我们在前面说过，光波长短与人眼可见范围的关系，这次算是复习。
以可见光为界，波长较短的不可见波，有紫外线、X射线、伽马射线；波长较长的不可见波，有红外线（小于万分之一厘米）、微波（1厘米左右）、射电波（这个很长，从1米到几公里或更多）。
电磁波还有一种奇异的特性，它们由于运动还可以改变波长，也就是可以相互转换，你变成我，我变成你，这个问题，我们在后面一定会遇到，此处暂不讨论。
现在我们明白了，原来光、电磁波是一回事，只不过波长不同、效应不同罢了。另外，咱们还明白一件事：不管波长波短，它们的速度相同。这一点至关重要。
这一年，麦克斯韦辞去皇家学院教授之职，回到家乡，系统总结自己在电磁学上的研究成果。
1873年，这是科学史上光辉灿烂的一年。麦克斯韦的《电磁学通论》横空出世。他更为彻底地应用了拉格朗日的方程，推广了动力学的形式体系。
麦克斯韦在这部经典著作中，系统地总结了19世纪中叶前后电磁学的研究成果，包括吉尔伯特、卡文迪许、库仑、伽伐尼、伏打、奥斯特、欧姆、安培、汤姆逊，特别是法拉第等人的巨大贡献，更为细致、系统地概括了他本人创造性的工作成就，建立起完整的电磁学理论。
这部巨著非同小可，可与牛顿的《原理》（力学）、达尔文的《物种起源》（生物学）相提并论。
从此，物理学的广袤大地上，在傲然挺立的力学大厦旁，灿烂辉煌的电磁学宫殿拔地而起，与之比肩！
这一年，电磁王国的总设计师42岁。
麦克斯韦的四元方程组，可以准确地描绘电磁场的特性，及其各种相互作用的关系，它最大优点，就是通用、好用——在任何情况下都好用。
描述：它高度概括并准确描述了电磁学理论。
证明：已经有的理论，用它能推导和证明出来，包括以前所有的电磁定律。
求解：以前没解决的问题，也能用它推导出答案。
预测：以前不知道的东西，或者理论、定律等，它能

预测：以前不知道的东西，或者理论、定律等，它能准确地预言，比方说，可以证明出电磁场的周期振荡的存在。这种振荡叫电磁波。用方程就可以算出，电磁波的速度接近30万公里／秒，而用不着任何测量仪器。麦克斯注意到这个得数与光速一致，由此得出光本身是一种电磁波的结论。
因此，麦克斯韦方程不仅是电磁学的基本定律，也是光学的基本定律。也就是说，用它可以推导出光的所有定律！这是人类在认识光的本性方面的又一大进步。光学和电磁学的统一，是19世纪科学史上最伟大的综合之一。
由于那时，麦克斯韦已经很有名气，所以，他的《电磁学通论》一出，迅速被科学界人士抢购一空。
但很快，买书的人发现一个大问题：看不懂！
是啊，电荷、电流、电磁等东西本来就看不见，很抽象，麦克斯韦用更抽象的数学去描述它，那就比抽象还抽象了。加上麦克斯韦的思想太超前、太不同凡响，就连赫尔姆霍茨（德国物理、生理、心理学家，有人称之为达尔文之后最伟大的科学家）、波尔兹曼（奥地利物理学家，热力学和统计物理学的奠基人之一）这样的天才，也花了几年时间才理解。
懂的人少不要紧，要紧的是，电磁波这东西，没人看见过。物理学家们很彷徨，从理论上来看，麦克斯韦的整个理论是完美、可靠的，可是，传说中的电磁波在哪呢？
于是，人们开始怀疑。这一怀疑，就是15年。
麦总设计师建立了电磁王国后，也没想着去搞搞实验，制造出电磁波，来证明自己的理论是对的。他认为自己该做的都做了，实验的事，让别人去做好了。
这位大师放下电磁学，转头搞起了气体动力的研究，因为他在研究土星光环时，遇到过与此有关的难题，而我们的麦克斯韦，是不允许难题在自己面前张牙舞爪的，现在有时间了，该是收拾它的时候了。于是，麦克斯韦成为气体力学理论的创始人之一。
麦克斯韦生命的后几年，把全部精力都投入到卡文迪许实验室的建设上了。实验室是剑桥大学的一位校长威廉·卡文迪许私人捐建的，他是大科学家亨利·卡文迪许的近亲。思来想去，他觉得这样重大的一件事，交给麦克斯韦比较放心，于是，1871年，剑桥聘请麦克斯韦负责主持创建卡文迪许实验室，出任实验室物理学教授。
什么叫超值？用了麦克斯韦这样的人才，就叫超值。麦克斯韦的能力远远超出了工作的需要。
麦克斯韦是个极度认真的人，接到任务后，他全心全意扑在实验室的建设上，使实验室设计完美。作为第一届卡文迪许实验物理学教授，实验室建成后，他还拿出自己

麦克斯韦是个极度认真的人，接到任务后，他全心全意扑在实验室的建设上，使实验室设计完美。作为第一届卡文迪许实验物理学教授，实验室建成后，他还拿出自己的积蓄添置设备，维持运转。实验室建设的先进性、前瞻性、科学性，使其硬件一流；创建者为实验室留下优良传统，使其软件一流，培养出大批牛人，从1901年诺贝尔奖设立到1989年，这个实验室一共走出29位诺贝尔奖得主，电子、中子、脉冲星、DNA的双螺旋结构等都是在这个实验室被发现，波粒二象性也是在这里得到证明。
在建设卡文迪许实验室的同时，麦克斯韦还接受了另一项工作：整理卡文迪许的遗稿，个人始终认为这件事实在是大材小用了，这件事耗费了他生命的最后几年时间。麦克斯韦很好地完成了任务，卡文迪许埋没了差不多半个世纪的大量成果，被整理发掘出来。
最后几年，麦克斯韦过得很苦恼，新建的电磁理论不被人理解，这个还过得去。要命的是，他妻子长期患病，需要照顾，而他又必须干好工作，为了照顾好爱妻，他曾连续三个星期没上床睡过觉。
过度的焦虑和疲劳，终于击垮了他的身体。
1879年11月5日，伟大的麦克斯韦与世长辞。病因与母亲一样，年龄也一样，48岁。
这一年，爱因斯坦出生。上天是冷峻的，也是体贴的。
随人苟且千秋短，
任我激扬片刻长。

麦克斯韦一生虽短，但他功高业伟、义重情长，为人类带来的是真理、进步和光明，他的功、德、名、道永驻人间；
而有的人，为人们带来的是欺骗、落后和黑暗，就算多活21年，也只是遭人唾弃和鄙夷，呜呼看身后，名比皮囊臭。
麦克斯韦是近代物理学的巨匠，经典物理学大厦的主要构建者之一，他提出和发展了新的世界观，加速了牛顿力学观的崩溃，为未来的科学研究指明了方向，成为现代物理学的先驱。
科学史认为，牛顿把天上和地上的运动规律统一起来，是实现第一次大综合；麦克斯韦把电、光统一起来，是实现第二次大综合，因此应与牛顿齐名。还记得吧，我们讨论过科学理论统一的重要性。
他的电磁学理论通向相对论，他的气体动力学理论对量子论起过作用，他筹建并领导的卡文迪许实验室，引导了实验原子物理学的发展……这一切，使他成为从牛顿到爱因斯坦之间最伟大的物理学家。
麦克斯韦1873年出版的《电磁学通论》，被尊为继牛顿《原理》之后的一部最重要的物理学经典。没有电磁学，就没有现代电工学，也就不可能有现代文明。
他生前没有享受到应得的荣誉，因为他的科学思想太超前了，其重要意义，直到20世纪科学**，才得以充分体现。
再美丽的理论，没有经过实践的检验、实验的证实，也是空中楼阁，当不得真的。
检验麦爷的电磁学理论，是一件难事，因为理解这个理论已经很难，遑论检验？但，在那个激情燃烧的年代，每逢关键时刻，总会有强人挺身而出。


海因里希·鲁道夫·赫兹。
德国人。1857年2月22日出生。麦克斯韦的《电磁学通论》发表时，赫兹只16岁。赫兹绘画、外语、文学方面极有天赋，学过木匠，练过车工，当过兵，进修过工程师，但他发现，自己最挚爱的，是寻求科学真理。
麦爷理论刚建立时，支持他的物理学家很少，其中包括前面提到过的波尔茨曼和赫尔姆霍茨。他俩用了几年的时间，弄懂了电磁学理论。
然后，赫兹成了赫尔姆霍茨的学生。
然后，赫兹也弄懂了电磁学理论。
经过深入研究，他确信，麦爷的理论比牛爷的“超距作用”更靠谱，但是，证据呢？
木有。那就自己动手！
应该说，赫尔姆霍茨作为无论作为科学家，还是作为导师，都是伟大的，他始终如一、不遗余力地大力支持和扶持赫兹。在天才赫尔姆霍茨的帮助下，1887年，天才的赫兹鼓捣出一个玩意，这玩意能把电转换为具有一定频率的电信号，后来人们管它叫“赫兹振荡器”。
赫兹设计了一套装置，主要分两个部

赫兹设计了一套装置，主要分两个部分：振荡器、共振器。看名字就知道它俩的关系了，振荡器是主犯，负责以振动教唆；共振器是从犯，胁从共振。这俩家伙没什么头脑，结构比头脑还简单：
振荡器，是一根短导线，截成两段（更短了），截口处，离开一点缝隙。通电时，电压能击穿缝隙间的空气，形成电火花，产生震荡信号。为了增加电容，教唆得更狠一点，两段导线的外端，分别焊了一个金属球和一块金属板。
共振器，是一个金属圈，弄开一个断口，对了，套环魔术用的金属圈就是这样，只不过断口不能让咱看见。但共振器的断口很明显，在断口的两个端点，各安了一个小圆珠，为什么叫“安”不叫“焊”呢？因为这两个小圆珠是用螺丝安到端口上的，为的是可以调整俩珠的距离。
设备搞定，接下来，就是见证奇迹的时刻了！
给振荡器通电，逐渐增大电压，导线缝隙间的火花如约出现，直到形成一道扭曲闪烁的蓝光。这不算什么，电火花见得多了。教唆不是奇迹，人家肯胁从，才是奇迹。
赫兹转过头，盯着共振器，那是火花吗？
擦了擦眼睛，不是火花，是眼花。两器距离，两球距离，电压……各种调整，此动作重复了N次。
其实从准备到产生结果，整个实验进行了几个月，如果我照实说一遍，你一定会扁我一顿。于是我说：
期盼已久的时刻终于到来了！赫兹看见了电火花，在共振器的两个小球之间。
虽然这火花是那样微弱，但这是“凭空”产生的啊！没人给它通电，也没人删它帖子，它“发火”的唯一理由，竟然是跟它毫不沾边的另一个家伙在“发火”！
1887年年底，赫兹在柏林科学院的院会上，宣布这个令人振奋的消息：实验证实了麦克斯韦关于位移电流的预言。震荡的电场向外传播的，就是传说中的电磁波！
共振器不是凭空“发火”，而是振荡器这家伙在利用电磁波，玩“隔山打牛”的魔术。
1888年，赫兹又做了一个实验，设备也超简单：
振荡器一枚，发射电磁波。
锌皮一块，反射电磁波。
电磁波就在两者之间反射，形成驻波……
Stop！等等，波是要传播的，驻是不动的，这俩字怎么能放在一起？玩QQ360呢？
其实，就像QQ360也可以和平共处一样，驻波，也能成词，它是由频率、振幅、振动方向都一样，但传播方向相反的两列波叠加后形成的波。这样的波，能量只能在波节和波腹之间来回折腾，所以，它不向前传播。其中，波节是振幅为零的点，能量最低；波腹指振幅最大处，能量最高。如果迷糊就看下图：