經(jīng)典力學(xué)、電磁理論、熱力學(xué)、統(tǒng)計(jì)力學(xué)構(gòu)成了經(jīng)典物理學(xué)體系，那么電磁理論究竟講了些什么，讓我們一起來(lái)了解一下。

1831年，這是一個(gè)人類歷史上都值得永遠(yuǎn)銘記的時(shí)刻，法拉第在這一年發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)理論，這個(gè)理論標(biāo)志著一場(chǎng)重大的工業(yè)和技術(shù)革命的到來(lái)，人類由蒸汽時(shí)代正在向電氣化時(shí)代邁進(jìn)，歷史似乎早已冥冥之中注定，在這一年，另外一個(gè)正式帶領(lǐng)大家邁入電氣化時(shí)代的人降生了！他的名字叫做麥克斯韋。

在大學(xué)期間，麥克斯韋在潛心研究了法拉第關(guān)于電磁學(xué)方面的新理論和思想之后，堅(jiān)信法拉第的新理論包含著真理。于是他抱著給法拉第的理論“提供數(shù)學(xué)方法基礎(chǔ)”的愿望，決心把法拉第的天才思想以清晰準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)形式表示出來(lái)。

在經(jīng)過(guò)十幾年的研究之后，麥克斯韋把電磁場(chǎng)理論由介質(zhì)推廣到空間，更是假設(shè)在空間存在一種動(dòng)力學(xué)以太（科學(xué)家認(rèn)為以太是傳播光的媒介，引力甚至電、磁力是在以太中傳播的，由此發(fā)展了“光以太”假說(shuō)），它有一定的密度，具有能量和動(dòng)量：它的動(dòng)能體現(xiàn)磁的性質(zhì)，勢(shì)能體現(xiàn)電的性質(zhì)，它的動(dòng)量是電磁最基本的量，表示電磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)和傳力的特征。

在1865年，他提出了一共包含20個(gè)變量的20個(gè)方程式，即著名的麥克斯韋方程組。他在1873年嘗試用四元數(shù)來(lái)表達(dá)，但未成功！

四元數(shù)

1873年麥克斯韋將自己十幾年的研究成功集結(jié)成冊(cè)，出版了科學(xué)名著《電磁理論》。系統(tǒng)、全面、完美地闡述了電磁場(chǎng)理論。這一理論成為經(jīng)典物理學(xué)的重要支柱之一。他還預(yù)言了電磁波的存在，電磁波的存在也正式敲開(kāi)了現(xiàn)代無(wú)線通信的大門(mén)。

麥克斯韋建立的電磁場(chǎng)理論，將電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)統(tǒng)一起來(lái)，是19世紀(jì)物理學(xué)發(fā)展的最光輝的成果，是科學(xué)史上最偉大的綜合之一。可以說(shuō)，沒(méi)有電磁學(xué)就沒(méi)有現(xiàn)代電工學(xué)，也就不可能有現(xiàn)代文明。

然而在當(dāng)時(shí)，麥克斯韋卻的學(xué)說(shuō)卻并沒(méi)有得到承認(rèn)，正如當(dāng)初大家把亞里士多德的著作奉為神典永無(wú)錯(cuò)漏一般，18、19世紀(jì)的科學(xué)家也將牛頓奉為神明。

麥克斯韋為了推廣自己的電磁學(xué)理論，最終積勞成疾，在1879年不幸逝世，所以到去世也沒(méi)有將自己構(gòu)想的麥克斯韋方程組完美地表達(dá)出來(lái)。

1884年，奧利弗·赫維賽德和約西亞·吉布斯以矢量分析的形式重新表達(dá)，才有了現(xiàn)在我們所看到的麥克斯韋方程組！

奧利弗·赫維賽德也是一個(gè)傳奇，他因?yàn)榛加行杉t熱，耳朵聽(tīng)不清楚，卻自學(xué)成才，他將麥克斯韋方程組由四元數(shù)改為矢量，將原來(lái)20條方程減到4條微分方程。

而吉布斯則奠定了化學(xué)熱力學(xué)的基礎(chǔ)，他創(chuàng)立了向量分析并將其引入數(shù)學(xué)物理之中，更將麥克斯韋方程組引入物理光學(xué)的研究。這兩個(gè)人合理構(gòu)建了我們現(xiàn)在所看到的麥克斯韋表達(dá)形式！

麥克斯韋一般主要有積分形式和微分形式，其中方程組中H為磁場(chǎng)強(qiáng)度,D為電通量密度,E為電場(chǎng)強(qiáng)度，B為磁通密度。J為電流密度，ρ為電荷密度。在采用其他單位制時(shí),方程中有些項(xiàng)將出現(xiàn)一常數(shù)因子,如光速c等。

積分形式的麥克斯韋方程組是描述電磁場(chǎng)在某一體積或某一面積內(nèi)的數(shù)學(xué)模型，其中第一個(gè)公式式是由安培環(huán)路定律推廣而得的全電流定律，第二個(gè)公式是法拉第電磁感應(yīng)定律的表達(dá)式，第三個(gè)公式是表示磁通連續(xù)性原理，最后一個(gè)公式是高斯定律的表達(dá)式。

麥克斯韋方程組的積分形式既描述了電場(chǎng)的性質(zhì)，也描述了磁場(chǎng)的性質(zhì)，也描述了變化的磁場(chǎng)激發(fā)電場(chǎng)的規(guī)律，更描述了傳導(dǎo)電流和變化的電場(chǎng)激發(fā)磁場(chǎng)的規(guī)律。

它反映了空間某區(qū)域的電磁場(chǎng)量(D、E、B、H)和場(chǎng)源(電荷q、電流I)之間的關(guān)系。在電磁場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常要知道空間逐點(diǎn)的電磁場(chǎng)量和電荷、電流之間的關(guān)系。而微分形式就是麥克斯韋方程組積分形式在數(shù)學(xué)形式下的轉(zhuǎn)化！

麥克斯韋方程組準(zhǔn)確地描繪出電磁場(chǎng)的特性及其相互作用的關(guān)系。這樣他就把混亂紛紜的現(xiàn)象歸納成為一種統(tǒng)一完整的學(xué)說(shuō)。

然而由于當(dāng)時(shí)的歷史條件，人們?nèi)匀恢荒軓呐ｎD的經(jīng)典數(shù)學(xué)和力學(xué)的框架去理解電磁場(chǎng)理論，這也是為什么當(dāng)時(shí)大家并不了解麥克斯韋電磁學(xué)理論的原因。

直到赫茲經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，發(fā)明了一種電波環(huán)，用這種電波環(huán)作了一系列的實(shí)驗(yàn)，終于在1888年發(fā)現(xiàn)了人們懷疑和期待已久的電磁波。

赫茲的實(shí)驗(yàn)公布后，轟動(dòng)了全世界的科學(xué)界，由法拉第開(kāi)創(chuàng)、麥克斯韋總結(jié)的電磁理論，至此才取得了決定性的勝利。

赫茲實(shí)驗(yàn)裝置

麥克斯韋方程在理論和應(yīng)用科學(xué)上都已經(jīng)廣泛應(yīng)用一個(gè)世紀(jì)，可以說(shuō)麥克斯韋方程組推開(kāi)了現(xiàn)代文明的大門(mén)。

盡管麥克斯韋方程組構(gòu)建了電磁理論的基石，但卻和牛頓的經(jīng)典力學(xué)產(chǎn)生了矛盾。麥克斯韋建立的電動(dòng)力學(xué)，有一個(gè)結(jié)果就是光速在不同慣性系是不變的，這個(gè)結(jié)果和經(jīng)典力學(xué)的伽利略變換是相矛盾的。

伽利略變換是經(jīng)典力學(xué)中用以在兩個(gè)只以均速相對(duì)移動(dòng)的參考系之間變換的方法，屬于一種被動(dòng)態(tài)變換。伽利略變換構(gòu)建了經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀。

伽利略變換認(rèn)為，在同一參照系里，兩個(gè)事件同時(shí)發(fā)生，在其他慣性系里，兩個(gè)事件也一定同時(shí)發(fā)生，時(shí)間間隔的測(cè)量是絕對(duì)的，長(zhǎng)度測(cè)量也具有絕對(duì)性，經(jīng)典力學(xué)定律在任何慣性參考系中數(shù)學(xué)形式不變，換言之，所有慣性系都是等價(jià)的（相對(duì)性原理）；伽利略變換構(gòu)建了經(jīng)典力學(xué)中的絕對(duì)時(shí)空觀，時(shí)間和空間均與參考系的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)、時(shí)間和空間是不相聯(lián)系的，是絕對(duì)的。

這種絕對(duì)的時(shí)空觀和麥克斯韋創(chuàng)建的電動(dòng)力學(xué)產(chǎn)生了沖突，如果我們把伽利略變換應(yīng)用于描述電磁現(xiàn)象的麥克斯韋方程組時(shí)，將發(fā)現(xiàn)它的形式不是不變的，即在伽利略變換下麥克斯韋方程組或電磁現(xiàn)象規(guī)律不滿足相對(duì)性原理。

我們可以由麥克斯韋方程組可以得到電磁波的波動(dòng)方程，由波動(dòng)方程解出真空中的光速是一個(gè)常數(shù)。按照經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀，這個(gè)結(jié)論應(yīng)當(dāng)只在某個(gè)特定的慣性參照系中成立，這個(gè)參照系就是以太。

論證過(guò)程

一句話概括：電磁現(xiàn)象所遵從的麥克斯韋方程組不服從伽利略變換。

牛頓認(rèn)為引力甚至電、磁力是在以太中傳播的。受經(jīng)典力學(xué)思想影響,物理學(xué)家便假想宇宙到處都存在著一種稱之為以太的物質(zhì)，他們普遍認(rèn)為以太是傳播電磁波和光的媒介。而經(jīng)典物理學(xué)理論中，將這種無(wú)處不在的“以太”看作絕對(duì)慣性系，其它參照系中測(cè)量到的光速是以太中光速與觀察者所在參照系相對(duì)以太參照系的速度的矢量疊加。

而這兩者之間的矛盾也催生了另外一位偉大人物的誕生，那就是愛(ài)因斯坦，愛(ài)因斯坦為了解決兩者之間的矛盾，提出了相對(duì)論。而這時(shí)候，物理學(xué)已經(jīng)由經(jīng)典物理學(xué)體系過(guò)渡到了現(xiàn)代物理學(xué)體系，而電磁理論也在現(xiàn)代物理體系中慢慢發(fā)展成為了量子電動(dòng)力學(xué)。