麦克斯韦是怎样发现电磁场的四个方程互相矛盾的?又是怎样解决的? - 《中国大百科全书》第三版网络版

麦克斯韦是怎样发现电磁场的四个方程互相矛盾的?又是怎样解决的?

主讲人 马伯强

马伯强

北京大学博士。北大大学物理学院教授、博士生导师。2000年国家杰出青年基金获得者。2001年起为理论物理长江特聘教授。2004年获中国物理学会周培源物理奖。 从事粒子物理、中高能核物理、粒子天体物理学及宇宙学等理论研究。研究方向为光锥量子场论、轻子强子深度非弹散射、微扰量子色动力学的应用性、强子的自旋和味道结构、特殊的强子态、夸克和轻子的统一性问题、原子核内的夸克效应、高能宇宙线粒子。
最后更新 2021-06-10
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主讲人 马伯强
北京大学

    关于电和磁的基本规律,就这几个,第一个库仑定理,第二个就是法拉第的电磁感应,就是这个叫磁生电。然后这个是高斯定理,也就是说把磁场包起来之后进来的和出去的一样多。然后这个是安培定理,也就是说电流过来产生出来的磁场什么样子,这是电磁场的基本规律。四个基本规律是在一个人研究之前,大概可能是在法拉第那个时候就是电达到的水平。

    但这个时候出了一个人叫麦克斯韦,他就研究这四个方程,发现这四个方程之间互相有矛盾,这个矛盾是怎么产生的?比如说这个电,如果是没有地方产生电,进来多少流出去多少,如果是有产生电,它应该符合这样一个规律。他就检查这些式子,发现它破坏守恒律,就是电不能产生,也不能湮灭,真的从一个地方流到另外一个地方,这也就是摩擦起电,其实就是摩擦的结果是一边是负电,一边是正电,这样的一个结果。所以麦克斯韦发现这个矛盾,有冲突,那么冲突怎么解决呢?就把刚才的这个式子,就是这个式子变成这样的一个式子。也就是说,这个是电产生磁场,同时如果是有变化的电场,也会产生磁场。这件事情就非常有意思了。刚才我们说这个是变化的磁场产生电场,对吧?新增加的公式表示什么?这一项,变化的电场又产生磁场,就是麦克斯韦方程,告诉我们如果是一个和谐的、互相没有矛盾的四个公式,应该是这样的一个公式,他就增加了这一项,这一项就是电场变化也可以产生磁场,导致的原因是原来的方程和这个公式有矛盾,他就发现了这个矛盾,数学上的一个矛盾不自洽,把它解决,就是刚才新的方程。

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