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在麦克斯韦之前,人们已经知道了一些电磁现象,比如库仑定律、安培定律、法拉第电磁感应定律等,但是这些定律都是分散的、不完整的,没有形成一个统一的理论。麦克斯韦在深入研究法拉第的力线概念后,发现了一个重要的缺陷:法拉第的感应定律只适用于变化的磁场,而不能解释恒定的磁场对电流的影响。为了弥补这个缺陷,麦克斯韦引入了一个新的概念:位移电流(displacement current),它是一种虚拟的电流,存在于变化的电场中,可以产生磁场。 有了位移电流这个关键因素,麦克斯韦就能将所有已知的电磁定律统一起来,形成了四个方程式,即著名的麦克斯韦方程组(Maxwell's equations)。
这四个方程式描述了电场和磁场如何相互作用、如何传播、如何与物质相互作用。麦克斯韦从这四个方程式推导出了一个波动方程,得到了一个惊人的结果:在真空中,电磁波的传播速度等于光速!这意味着光其实就是一种特殊频率的电磁波!
麦克斯韦的这个发现是一个革命性的突破,它不仅将光学和电磁学统一起来,而且开启了无线电通信、雷达、X射线、激光等许多新技术和新领域的发展。因此,麦克斯韦也被称为“19世纪最伟大的物理学家”,他对物理学和人类文明做出的巨大贡献将是永恒的!
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