电磁学——迈向电磁理论的统一1873年，英国物理学家麦克斯韦的所著的《电磁学》出版，在这部著作中，麦克斯韦全面地总结并发展了19世纪中叶以前，以法拉第和高斯为代表的科学家在电磁领域研究中所取得的成果，他以严格的数学方法形成了在理论上的系统化，从而建立起严密的经典电磁理论体系。

将各种现象统一起来的思考
进入19世纪下半叶，尽管科学技术发展迅速，然而关于电磁学的理论还未能达成我们今天所看到的这样统一的状态。

当时的情况正如革命导师恩格斯所描述的那样，“在电学中，只有一堆陈旧的，不可靠的，既没有最后证实也没有最后推翻的实验所凑成的杂乱的东西，只有许多孤立的学者在黑暗中胡乱摸索，从事毫无联系的研究和实验，他们像一群游牧的骑者一样，分散地向未知的领域进攻。

……电学还处于这种支离破碎的状态，暂时还不能建立起一种无所不包的理论……”①
的确，尽管像电素和磁素这样一类不可称量的流体的概念已经发生了动摇，但人们还未能像今天这样彻底地从中挣脱出来，在取得显著进步的电化学方面“接触说”和“化学说”的争论也还尚未得出结果，充满片面性的议论仍然横行无忌。

遵循牛顿力学的形式，从库仑定律开始，在毕奥和萨伐尔定律等电磁定律中，关于电流或磁极间的相互作用问题，存在着一种超距作用的解释，但对这种超距作用机制的研究却处于空白状态。

在上述背景当中，瞩目于各种自然力的相互作用，法拉第首先考虑在相互作用物体之间的介质当中，使用有物理性质的“力线”将两者连接起来。

继承法拉第的这一思想，麦克斯韦在统一把握电磁理论方面迈出了具有决定意义的一大步。

尽管所说的统一把握电磁理论的思想，也受到当时认识的一定局限，但它毕竟是向前迈出了一大步。

麦克斯韦针对当时电学领域中各种理论之间缺乏相关性的批判，以及同法拉第一样注重用统一性观点看待自然界中诸现象的立场，无疑应当首先引起注意。

展露才华的少年
说来也凑巧，麦克斯韦（James Clerl Maxwell，1831－1879）刚好出生于法拉第发现了电磁感应的那一年，也就是1831年。

所不同的是，麦克斯韦的家境要比法拉第优裕得多。

麦克斯韦出生于苏格兰的邓弗里希尔庄园，他的父亲属于那里的知识阶层。

麦克斯韦的童年教育是在母亲的精心呵护下完成的。

从少年时起麦克斯韦就在数学方面表现出杰出的才能。

13岁那年他获得了一年一度的数学奖，其后他父亲带他去参加爱丁堡皇家学会的各种学术活动。

14岁时麦克斯韦发现了构成椭圆的新的数学方法．次年他的处女作论文提交给爱丁堡皇家学会。

16岁的时候，麦克斯韦便进入爱丁堡大学，在该校三年的学习生涯中发展了他的数学技能。

后来麦克斯韦又转到剑桥去读书，1854年毕业，以优秀的成绩获得荣誉学位考试第二名。

麦克斯韦留校，被选为三一学院研究员，这时他只有24岁。

麦克斯韦以后又在苏格兰和伦敦担任教职。

他一生最为重要并值得在科学史上特书一笔的职务，是他回到剑桥担任卡文迪许实验室第一位主任教授。

从法拉第的研究出发
麦克斯韦的研究工作最初是流体力学和颜色理论，在气体运动论方面他的贡献也引人注目。

关于电磁学的研究，他在开尔文勋爵的指导下，先从阅读法拉第的《电的实验研究》开始。

法拉第的论文中未包含任何数学公式，而麦克斯韦首先着眼于寻求其中数学方法的研究。

由于这个原因，从1855年12月开始的电磁学研究工作，麦克斯韦发表的最早的电磁学论文
的题目便是《关于法拉第的力线》。

这篇论文正如标题所体现出来的那样，讨论的是关于法拉第的力线的数学表达问题。

在这里，麦克斯韦将法拉第的力线考虑成不可压缩的流体的运动的流线。

麦克斯韦在这篇论文中未能将所有法拉第的物理模型同自己的数学模型对应起来，而仅仅是试图用数学语言去直接描述法拉第的某些物理概念。

因而麦克斯韦未能超越法拉第的工作问到达新的阶段。

扩展以往的电流概念
1861年到1862年，麦克斯韦发表了他的第二篇论文《关于物理上的力线》。

与第一篇论文相关，这篇论文进一步讨论了介质结构的模拟问题。

结论是将介质中弹性应变的产生看作是静电力所导致的结果，并进而将感应物体中的电荷的位移看作是同电流等价，由此引入了著名的“位移电流”的概念。

毫无疑问，这样一来就扩展了以往的电流概念。

通过引进位移电流的概念，使理论获得了重大的新进展。

即，如果将感应物体中电荷的运动看作是同以往电流同质的现象，那么电力线和磁力线的相互作用在充满绝缘体和真空的以太中也能够存在。

即在介质中的某一点所产生的带电粒子的振动，一定能够通过介质进行传播，这就是麦克斯韦的电磁波。

就这样，麦克斯韦又计算了电磁波的传播速度，并进一步考虑到光的介质同电磁波的介质是同一事物。

在这篇论文中，麦克斯韦的工作已经超越了法拉第，达到了一个新的高度。

1864年，麦克斯韦又发表了他的第三篇论文，题目是《电磁场的动力学理论》。

在这里，他舍去了所有在到达电磁波概念的过程中的关于介质结构概念的议论，而从著名的麦克斯韦方程组出发，以演义的方式展开了他的理论。

麦克斯韦本人也显得信心十足，他称自己的理论为“电磁场的理论”。

《电磁学》的出版
麦克斯韦的《电磁学）（Treatise on Eect。

ity and Mptism一书于1873年由牛津大学出版。

后经过修订在1881至1891年的10年间又出了第二版和第三版。

全书分为两卷，由四大篇构成。

第一篇包括13章，系统地阐述了静电学的理论和实验验证。

第二篇包括12章，阐述了稳恒电流的基本规律和物质导电理论。

第三篇包括8章，论述了静态磁场的基本理论和物质的磁化特性。

第四篇包括23章，阐述的是电现象和磁现象之间的内在关系。

第四篇是全书中最重要的部分，麦克斯韦在此全面展开地论述了自己的研究成果。

这就是将全部电磁现象所服从的规律概括为一组基本方程，这就是为我们所熟知的麦克斯韦方程组。

从这组方程出发，麦克斯韦推导出电磁扰动会以有限的速度在煤质中传播的重要结论，从而预言了电磁波的存在。

他还断定了光也是一种电磁波，并建立了光的电磁波理论。

他的所有这些推断，都为被后来的科学实验所陆续证实。

遗憾的是麦克斯韦的理论在当时并未被Array人们所立刻接受。

这多少也归因于麦克斯韦理
论在数学上的复杂难解；再加上麦克斯韦本人
对诸如电分解一类概念的说明也存在着暧昧
的地方；但更重要的原因还应从当时物理理论
所达到的高度这一背景当中去寻找。

麦克斯韦
的电磁场概念同我们今天所使用的概念不同，
它被作为在特殊场合下，包含以太在内的电介
质的某种力学状态来看待。

而事实上，麦克斯
麦克斯韦的手稿
韦的理论若想作为将电磁理论系统化的理论
而获得承认，理论自身就必须从束缚着自己的当时的种种制约中挣脱出来，而达到这一点，
则又必须在构成新电磁学基础的实验方面去努力寻求新的发现。

无论如何，在《电磁学》书中，麦克斯韦全面地归纳井发展了19世纪中叶以前，以法拉第和高斯为代表的科学家们在电磁领域的研究中所取得的成果。

麦克斯韦以严格的数学方法达成了在理论上的系统化，从而建立起了严密的经典电磁理论体系。

尤其是麦克斯韦基本方程，至今仍被看作是经典电磁理论的基础。

①恩格斯：《自然辩证法》，第95～96，人民出版社，1972年。