麥克斯韋的壯舉#

四個方程，統一電磁學#

1860 年代，麥克斯韋寫下了四個方程，描述了所有已知的電磁現象：

1. 電荷產生電場——電場線從正電荷出發，終止於負電荷
2. 不存在磁單極——磁場線永遠是閉合的，沒有孤立的「磁荷」
3. 變化的磁場產生電場——這就是法拉第（Michael Faraday）發現的電磁感應
4. 變化的電場產生磁場（加上電流也產生磁場）——這是麥克斯韋獨有的貢獻

第四個方程中「變化的電場產生磁場」這一項，當時沒有任何實驗依據，完全是麥克斯韋基於理論對稱性的純粹預言。這是物理學史上最大膽、最成功的理論預測之一。

電磁波的發現#

從第三和第四個方程可以得出一個驚人的結論：

• 變化的磁場產生電場（方程 3）
• 變化的電場產生磁場（方程 4）
• 兩者相互激發，交替產生，向外傳播——這就是電磁波

光就是電磁波#

麥克斯韋從方程中計算出電磁波的傳播速度，結果恰好等於光速！

這意味著：光就是電磁波。

歷史意義#

• 物理學一舉統一了三個看似毫不相關的領域：光、電、磁
• 費曼評價：從長遠的歷史角度看，麥克斯韋發現電磁學定律是19 世紀最重要的事件，比同時代的美國南北戰爭重要得多

麥克斯韋的成就展示了理論物理的巨大威力：不是從實驗中發現新現象，而是從數學方程中預言了新現象的存在。電磁波在麥克斯韋去世後才被赫茲（Heinrich Hertz）在實驗中證實。