是什么东西使得物理学家们以其为之自豪?答案之一就在于J·克拉克·麦克斯韦(J.Clerk Maxwell)的方程中。物理学家可以庆幸处于一个具有深刻洞察力的历史时刻，可以分享只有他们才能充分理解的这种洞察力的艰涩表达，可以将现有教科书上重点强调的东西结合起来，而这些东西正是许多学生在学习或应用着，尤其是为了解这个世界而随意漫游、排兵布阵，偶尔也可以改变一下世界。
一些重大发现的共同结果都会提升科学的水准。但麦克斯韦方程是物理学方法中的另类，人们用它来统一以往不同的定律，为广阔的产业提供了一个基本框架――既是学术的又是商业的。
麦克斯韦在电磁理论方面的洞察力让所有学科的科学家获益匪浅
在3月17日出版的《自然》杂志中，我们庆贺苏格兰物理学家麦克斯韦150年前在《哲学杂志》（Philosophical Magazine）首次发表的那些方程。在方程中，他将若干人们理解的有关电的、磁的和光的行为，以及自然界如何在这些基本问题上的表现综合起来。正如阿尔伯特·爱因斯坦所说的，这项研究的“如此大胆的跨跃”大约只有几十位物理学家能充分把握它的意义。尽管麦克斯韦方程以其形式的单纯为科学作了一次出色的表达，但在当时，它却被装扮成非常实用的“智力训练”。
麦克斯韦开始进行这项研究时，人们就知道，电场的形式可能同电荷的分布有关，而单个的磁荷是不存在的；一个运动着的电荷也产生一个磁场，而一个时变的磁场则产生一个电场。
麦克斯韦的成就之一，是领悟到通过变化的电场以及运动的电荷可以由磁场生成电。为表达这个事实并建立以一组方程式表示的定律，他提供了一个框架，这个框架对我们在各个学科范围――包括天文学、生物学直到电讯领域――理解和应用电和磁的能力是一次革命。
在材料科学领域，麦克斯韦方程的应用依赖于该材料对电磁场传播的影响。例如，在某些晶体或地球的大气层中，电磁波向不同的方向各自传播，并且可能在进入媒质时被分解为各自传播的分量。这些还都被麦克斯韦方程组所描述。今日，它的一项引人入胜的应用是在具有非自然的传播特性的超导材料上，这些超导材料能用来开发格外强大的镜片和光学隐形功能。
不仅在材料领域可以应用这些方程，麦克斯韦方程的光芒还照亮了真空：通过改变电场来识别磁场的生成，同时通过改变磁场来了解电场的生成，麦克斯韦领悟到电和磁相结合的波可以以自持的方式旅行。在后续研究中，他断定光也是这样的波，并意识到在真空中所有的电磁辐射都具有单一的传播速度。这在他那个时代所认为的就是光速。我们现在还知道，这还适用于无线电波、红外和紫外线波、X射线和γ射线。
上面所说的速度取决于麦克斯韦方程中的两个涉及波在媒质中传播的参数，即电容率和磁导率。这二者在真空中具有特定的值，耐人寻味的(由麦克斯韦的前任提出的)问题是，空间本身是否充满了某种光传播所需的“传光以太”。麦克斯韦的研究使后继的物理学家确信，这样的以太既不存在，又无必要，还让爱因斯坦意识到真空中的光速不仅同传播的方向无关，而且无论观察者所处的位置以及如何运动，都是一个常数。
由于麦克斯韦后继者对永久统一理论的发现，加上最近经常引起争议的和基于同样原因的臆测，以致今天人们更多地强调麦克斯韦方程的贡献。实际上，麦克斯韦在科学上还有许多其他伟大的贡献――今年也是他拍出有史以来第一张真彩色照片的150周年纪念。但为所有学科的科学家都为之最为感谢、物理学家最为自豪的乃是他的电磁统一理论的思想。
资料来源 Nature
责任编辑 则 鸣