03.06 麦克斯韦方程是什么?

龚钰璟


答:麦克斯韦方程是描述“电和磁”的一组方程,该方程组的通用形式,包含了四个方程,一切电和磁的宏观现象,都包含在该方程当中,甚至把相对论的基本原理都蕴含在其中。


在19世纪以前,电和磁是两个独立的东西,科学家们逐渐发现,电可以产生磁场,然后磁也可以激发出电场,分别得到奥斯特电流磁效应和法拉第电磁感应定律。



直到19世纪末,英国大科学家麦克斯韦,把“电学”和“磁学”通过一组方程统一到了一起,麦克斯韦最先的方程包含20个变量和等式,我们现在看到的形式,是利用新的数学工具简化描述的。



该方程的提出太伟大了,一切电和磁的宏观现象,都被描述在其中,该方程组直接推导出光速,并预言了电磁波的存在,而且麦克斯韦还大胆预言“可见光”是电磁波的一种。


该方程涉及的数学知识比较深,其中每个方程都代表了一个定理:

第一个:高斯定律,描述电场线开始于正电荷,止于负电荷,同时描述了电荷激发的电场在空间中的分布;

第二个:高斯磁定律,磁单极不存在;

第三个:法拉第感应定律,磁生电的方程描述;

第四个:麦克斯韦-安培定律,电生磁的方程描述;

四个一起构成了麦克斯韦方程组,打开了信息技术的大门。



电磁学可以说是继牛顿力学后,经典力学的最大成就,也是经典力学大夏的封顶之作。

其实,光速的推导,暗示着光速不变原理,这也是狭义相对论对的基础!


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准确来说是麦克斯韦方程组,在三维空间的电场和磁场总共6个自由度,通过4组微分方程和两个物态方程最后可以解出来给定初始状态下电场和时间的关系,题主给的是麦克斯韦方程组积分形式,它还有个等价的微分形式,

这组方程是麦克斯韦总结前人发现的规律,麦克斯韦方程组中每个方程都是前人发现的一条物理规律,只是表述方式不一样,他通过总结别人发现的物理规律,通过数学推导,从而预言新的物理规律,光也是一种电磁波,因为通过计算得到光的速度和电场的速度很接近,在物理上对光的本质的研究是一个很重要的问题,圣经里就提到过光


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麦克斯韦的电磁方程是四维时空里二维空间的表现形式。既电磁空间和四维时空的关系。


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