经典物理学的重要支柱电磁场理论

继法拉第之后，又诞生了一个集电磁学大成的伟大科学家——麦克斯韦。他建立了完整的电磁场理论体系，科学地预言了电磁波的存在，他所提出的麦克斯韦方程组被爱因斯坦赞誉为“牛顿时代以来物理学上一个最重要的事件”。

1821年，法拉第从广泛的实验研究中构想出电磁作用的力线图像。力线思想形象地描绘了电磁场的图像。在法拉第力线思想的激励下，英国物理学家开尔文（即威廉·汤姆逊）对电磁作用的规律进行了有益的尝试。

詹姆斯·克拉克·麦克斯韦

在大学期间，麦克斯韦就深深地被法拉第的电磁思想所吸引，他认识到力线概念的重要性，也看到法拉第定性表述方面的弱点，决心以数学手段弥补其不足；同时，开尔文的论文把法拉第的力线思想转变为定量的表述，为麦克斯韦的工作提供了十分有益的帮助。

1856年2月，麦克斯韦的第一篇电磁学论文《论法拉第力线》不仅用数学形式解释了法拉第的力线图像，而且包含着他后来一切新思想乃至麦克斯韦方程的胚胎。

早在1831年，法拉第经过几年的研究已经证明了磁能生电，能产生出电流，能变出电场。电流和电场并不一样，电流很明显地能使导线发热，能电解水，叫传导电流。而变化的电场虽然也有电流的某些性质，却并不明显，聪明的麦克斯韦就给它起了一个名字叫“位移电流”。

变化电场能否像电流一样激发出磁场呢？法拉第实验了多少年还是没有找到它们之间的联系。到了最关键的时候，问题往往不是用实验所能解决的，而只能靠推理来判断。而这个难题最后是麦克斯韦用数学公式推导出来的。

1855年，麦克斯韦开始研究电磁学，在潜心研究了法拉第关于电磁学方面的新理论和思想之后，他决心把法拉第的天才思想以清晰准确的数学形式表示出来。

电场与磁场关系的示意图

从这一年开始至1864年，麦克斯韦在前人研究的基础上，经过近10年的研究，终于使统一的电磁场理论诞生了。他对整个电磁现象作了系统、全面的研究，凭借自己高深的数学造诣，发表了电磁场理论的有关论文。在这些论文中，他对前人和自己的工作进行了综合概括，将电磁场理论用简洁、对称、完美数学形式表示出来，经后人整理和改写，成为经典电动力学主要基础的麦克斯韦方程组。

据此，麦克斯韦于1865年预言了电磁波的存在，并计算了电磁波的传播速度等于光速，同时得出结论：光是电磁波的一种形式。20多年后，德国物理学家赫兹用实验验证了电磁波的存在。

1873年，麦克斯韦出版了科学名著《电磁理论》，书中系统而全面地总结了电磁学研究的全部成果，阐述了电磁场理论体系。电磁理论把电磁现象和光现象的本质统一起来了，为现代无线电电子工业奠定了理论基础，是19世纪科学史上的一件大事。

学海拾贝

麦克斯韦方程组系统而完整地概括了电磁场的基本规律，并预言了电磁波的存在。它是经典电磁学的基本方程，是麦克斯韦描述电场与磁场的四个基本方程。