麦克斯韦创立的电磁理论究竟讲了什么,简单带你了解一下

2020-08-27 15:25:03 作者: 麦克斯韦创立

赫兹的实验公布后,轰动了全世界的科学界,由法拉第开创、麦克斯韦总结的电磁理论,至此才取得了决定性的胜利。

麦克斯韦方程在理论和应用科学上都已经广泛应用一个世纪,可以说麦克斯韦方程组推开了现代文明的大门。

尽管麦克斯韦方程组构建了电磁理论的基石,但却和牛顿的经典力学产生了矛盾。麦克斯韦建立的电动力学,有一个结果就是光速在不同惯性系是不变的,这个结果和经典力学的伽利略变换是相矛盾的。

伽利略变换是经典力学中用以在两个只以均速相对移动的参考系之间变换的方法,属于一种被动态变换。伽利略变换构建了经典力学的时空观。

伽利略变换认为,在同一参照系里,两个事件同时发生,在其他惯性系里,两个事件也一定同时发生,时间间隔的测量是绝对的,长度测量也具有绝对性,经典力学定律在任何惯性参考系中数学形式不变,换言之,所有惯性系都是等价的(相对性原理);伽利略变换构建了经典力学中的绝对时空观,时间和空间均与参考系的运动状态无关、时间和空间是不相联系的,是绝对的。

这种绝对的时空观和麦克斯韦创建的电动力学产生了冲突,如果我们把伽利略变换应用于描述电磁现象的麦克斯韦方程组时,将发现它的形式不是不变的,即在伽利略变换下麦克斯韦方程组或电磁现象规律不满足相对性原理。

我们可以由麦克斯韦方程组可以得到电磁波的波动方程,由波动方程解出真空中的光速是一个常数。按照经典力学的时空观,这个结论应当只在某个特定的惯性参照系中成立,这个参照系就是以太。

一句话概括:电磁现象所遵从的麦克斯韦方程组不服从伽利略变换。

牛顿认为引力甚至电、磁力是在以太中传播的。受经典力学思想影响,物理学家便假想宇宙到处都存在着一种称之为以太的物质,他们普遍认为以太是传播电磁波和光的媒介。而经典物理学理论中,将这种无处不在的“以太”看作绝对惯性系,其它参照系中测量到的光速是以太中光速与观察者所在参照系相对以太参照系的速度的矢量叠加。

而这两者之间的矛盾也催生了另外一位伟大人物的诞生,那就是爱因斯坦,爱因斯坦为了解决两者之间的矛盾,提出了相对论。而这时候,物理学已经由经典物理学体系过渡到了现代物理学体系,而电磁理论也在现代物理体系中慢慢发展成为了量子电动力学。