力”来代替“电磁”，即用牛顿力学来解释电磁现象。他说：“牛顿所 走过的道路，也是对物理学作出过重大贡献的法兰西知识界近来普遍 遵循的途径。”[宋德生：《安培和他在科学上的贡献》，《自然杂志》，1984年 第4期]他认为，电动力同两个电流元的乘积成正比，同距离的平方成 反比。麦克斯韦称他为“电学中的牛顿”。 在1821年以前，法拉第完全拥护安培的学说。可是，当他在 1831年10月27日成功地完成电磁感应实验以后，就断然冲破樊篱， 另辟蹊径，并在1837年提出了场的概念。他反对传统的超距说，认 为在电与磁的周围有一种“场”存在，电磁的作用通过电场或磁场使 周围介质极化而进行的，因而传播的速度是有限的。他还用“力线” 来代替牛顿的“力”。为了定量地表述电磁感应定律，他用磁力线表 示磁力状态，磁力线可以充满整个空间，它的任意一点的切线方向都 和磁力在这一点上的方向一致。南斯拉夫的波斯科维奇于1758年提 出原子是力的中心或源泉，实际上是用“原子力”的模式取代原子 论的“原子-虚空”模式。1844年，法拉第说“波斯科维奇的原子” “比通常的概念具有更大的优越性”[宋德生、李国栋：《电磁学发展史》， 广西人民出版社，1987年，第242页]。牛顿认为，力与空间无关，法拉 第则认为力线是空间的属性。正如麦克斯韦所说：“在数学家们只见 到远距作用引力中心的地方，在法拉第的心目中却出现了贯穿整个空 间的力线。”[赫尔内克：《原子时代的先驱者》，科学技术文献出版社，1981 年，第12-13页]他把以太移植到电磁学中去，提出了电磁以太的思想。 他主张以太是一种连续的介质，是传递各种力的媒介，弥漫于整个空
力”来代替“电磁”，即用牛顿力学来解释电磁现象。他说：“牛顿所 走过的道路，也是对物理学作出过重大贡献的法兰西知识界近来普遍 遵循的途径。”[宋德生：《安培和他在科学上的贡献》，《自然杂志》，1984 年 第 4 期]他认为，电动力同两个电流元的乘积成正比，同距离的平方成 反比。麦克斯韦称他为“电学中的牛顿”。 在 1821 年以前，法拉第完全拥护安培的学说。可是，当他在 1831 年 10 月 27 日成功地完成电磁感应实验以后，就断然冲破樊篱， 另辟蹊径，并在 1837 年提出了场的概念。他反对传统的超距说，认 为在电与磁的周围有一种“场”存在，电磁的作用通过电场或磁场使 周围介质极化而进行的，因而传播的速度是有限的。他还用“力线” 来代替牛顿的“力”。为了定量地表述电磁感应定律，他用磁力线表 示磁力状态，磁力线可以充满整个空间，它的任意一点的切线方向都 和磁力在这一点上的方向一致。南斯拉夫的波斯科维奇于 1758 年提 出原子是力的中心或源泉，实际上是用“原子-力”的模式取代原子 论的“原子-虚空”模式。1844 年，法拉第说“波斯科维奇的原子” “比通常的概念具有更大的优越性”[宋德生、李国栋：《电磁学发展史》， 广西人民出版社，1987 年，第 242 页]。牛顿认为，力与空间无关，法拉 第则认为力线是空间的属性。正如麦克斯韦所说：“在数学家们只见 到远距作用引力中心的地方，在法拉第的心目中却出现了贯穿整个空 间的力线。”[赫尔内克：《原子时代的先驱者》，科学技术文献出版社，1981 年，第 12-13 页]他把以太移植到电磁学中去，提出了电磁以太的思想。 他主张以太是一种连续的介质，是传递各种力的媒介，弥漫于整个空
间，因此虚空是不存在的，没有不被物质占有的真空地带。以太由力 管组成，力管又由力线组成。每一条力线相应于一个单位的磁或电荷， 力管延伸的方向就是电场与磁场的方向，力管截面积的大小就等于电 场、磁场在这个截面上的强度，电磁作用是通过力线的变形产生的。 他的这些创见为电磁理论奠定了基础。 可是，当时科学界对法拉第的思想并不理解。一方面，这是由 于超距说对人们的影响很深。英国天文学家埃里说：“以超距作用为 基础所作的计算和观察之间互相吻合，凡是了解这种情况的人，很难 想象他会在这种简单而又精确的超距作用和如此模糊而又捉摸不定 的力线之间有片刻的迟疑。”[秦关根：《法拉第》，中国青年出版社，1982 年，第209页]否则就是对牛顿的亵渎。另一方面，是因为法拉第学说 本身缺乏严谨性，他的创见都是用直观的形式表达的，缺少精确的数 学语言。后来麦克斯韦克服了这个缺点，把电磁学理论提高到一个新 的水平。 1850年，神童一样的麦克斯韦进入剑桥大学。从1855年起， 麦克斯韦学习电学，认真阅读了法拉第的著作，特别是《电学实验研 究》一书。1856年，麦克斯韦发表了第一篇关于电磁理论的论文：《论 法拉第力线》。在这篇论文中，他用不可压缩的流体的流线类比于法 拉第的力线，把流线的数学表达式用到静电理论中。流线不会中断， 力线也不会中断，只能发源于电荷或磁极，或者形成闭合曲线。麦克 斯韦通过类比，明确了两类不同的概念，一类相当于流体中的力，E 和H就是；另一个相当于流体的流量，D和B属于这一类。流量遵
间，因此虚空是不存在的，没有不被物质占有的真空地带。以太由力 管组成，力管又由力线组成。每一条力线相应于一个单位的磁或电荷， 力管延伸的方向就是电场与磁场的方向，力管截面积的大小就等于电 场、磁场在这个截面上的强度，电磁作用是通过力线的变形产生的。 他的这些创见为电磁理论奠定了基础。 可是，当时科学界对法拉第的思想并不理解。一方面，这是由 于超距说对人们的影响很深。英国天文学家埃里说：“以超距作用为 基础所作的计算和观察之间互相吻合，凡是了解这种情况的人，很难 想象他会在这种简单而又精确的超距作用和如此模糊而又捉摸不定 的力线之间有片刻的迟疑。”[秦关根：《法拉第》，中国青年出版社，1982 年，第 209 页]否则就是对牛顿的亵渎。另一方面，是因为法拉第学说 本身缺乏严谨性，他的创见都是用直观的形式表达的，缺少精确的数 学语言。后来麦克斯韦克服了这个缺点，把电磁学理论提高到一个新 的水平。 1850 年，神童一样的麦克斯韦进入剑桥大学。从 1855 年起， 麦克斯韦学习电学，认真阅读了法拉第的著作，特别是《电学实验研 究》一书。1856 年，麦克斯韦发表了第一篇关于电磁理论的论文：《论 法拉第力线》。在这篇论文中，他用不可压缩的流体的流线类比于法 拉第的力线，把流线的数学表达式用到静电理论中。流线不会中断， 力线也不会中断，只能发源于电荷或磁极，或者形成闭合曲线。麦克 斯韦通过类比，明确了两类不同的概念，一类相当于流体中的力，E 和 H 就是；另一个相当于流体的流量，D 和 B 属于这一类。流量遵
从连续性方程，可以沿曲面积分，而力则应线段积分。麦克斯韦推导 出了6个与法拉第《电学实验研究》有关的电磁学定律。 隔了5年以后，麦克斯韦写了第二篇论文《论物理力线》，内分 四个部分，分别载于1861年和1862年的《哲学杂志》上。他发现电 磁现象与流体力学现象有很大差别，就借用兰金(W.J.M.Rankine) 的“分子涡流”假设，提出自己的模型。他假设在磁场作用的介质中， 有规则地排列着许多分子涡旋，绕磁力线旋转，旋转角速度与磁场强 度成正比，涡流物质的密度正比于介质的磁导率。这个模型很容易解 释电荷间或磁场间的相互作用，并清晰地体现了近距作用。 就在讨论“应用于静电的分子涡旋理论”这个问题时，麦克斯 韦抓住了要害。他假设分子涡旋具有弹性。当分子涡旋之间的粒子受 电力作用产生位移时，给涡旋以切向力，使涡旋发生形变，反过来涡 旋又给粒子以弹性力。当激发粒子的力撤去后，涡旋恢复原来的形状， 粒子也返回原位。这样，带电体之间的力就归结为弹性形变在介质中 储存的位能，而磁力则归结为储存的转动能。位移的变化形成了电流， 麦克斯韦称之为“位移电流”。 1865年，麦克斯韦发表了关于电磁场理论的第三篇论文：《电 磁场的动力学理论》，全面地论述了电磁场理论。这时他已放弃了分 子涡旋的假设，然而他并没有放弃近距作用，而是把近距作用理论引 向深入。在引言中，他明确指出：“我提出的理论可以称为电磁场理 论，因为它必须涉及电体和磁体附近的空间，它也可以称为动力理论， 因为它假设在这一空间中存在着运动的物质，观测到的电磁现象正是
从连续性方程，可以沿曲面积分，而力则应线段积分。麦克斯韦推导 出了 6 个与法拉第《电学实验研究》有关的电磁学定律。 隔了 5 年以后，麦克斯韦写了第二篇论文《论物理力线》，内分 四个部分，分别载于 1861 年和 1862 年的《哲学杂志》上。他发现电 磁现象与流体力学现象有很大差别，就借用兰金（W.J.M.Rankine） 的“分子涡流”假设，提出自己的模型。他假设在磁场作用的介质中， 有规则地排列着许多分子涡旋，绕磁力线旋转，旋转角速度与磁场强 度成正比，涡流物质的密度正比于介质的磁导率。这个模型很容易解 释电荷间或磁场间的相互作用，并清晰地体现了近距作用。 就在讨论“应用于静电的分子涡旋理论”这个问题时，麦克斯 韦抓住了要害。他假设分子涡旋具有弹性。当分子涡旋之间的粒子受 电力作用产生位移时，给涡旋以切向力，使涡旋发生形变，反过来涡 旋又给粒子以弹性力。当激发粒子的力撤去后，涡旋恢复原来的形状， 粒子也返回原位。这样，带电体之间的力就归结为弹性形变在介质中 储存的位能，而磁力则归结为储存的转动能。位移的变化形成了电流， 麦克斯韦称之为“位移电流”。 1865 年，麦克斯韦发表了关于电磁场理论的第三篇论文：《电 磁场的动力学理论》，全面地论述了电磁场理论。这时他已放弃了分 子涡旋的假设，然而他并没有放弃近距作用，而是把近距作用理论引 向深入。在引言中，他明确指出：“我提出的理论可以称为电磁场理 论，因为它必须涉及电体和磁体附近的空间，它也可以称为动力理论， 因为它假设在这一空间中存在着运动的物质，观测到的电磁现象正是
这一运动物质引起的。”“电磁场是包含和围绕着处于电或磁状态的物 体的那部分空间，它可能充有任何一种物质”，“介质可以接受和贮存 两类能量，即由于各部分运动的‘实际能’（按：即动能）和介质因 弹性从位移恢复时要作功的‘位能'。”[Scientific Papers of J.C.Maxwell, Vol,1.Cambridge,1890,p.527.] 在这篇论文中，麦克斯韦讨论了电磁感应。他再次运用类比方 法来说明电流的电磁动量，这个量代表了“电应力状态”，就是先前 用过的矢势A。在这篇论文中，麦克斯韦提出了电磁场的普遍方程组， 共20个方程，包括20个变量。这20个变量是：电磁动量F、G、H; 磁力（即磁场强度）α、B、Y;电动热P、Q、R,传导电流p、q、r; 电位移f、g、h;全电流（包括位移的变化）p、q'、；自由电荷电 量e,以及电位y。20个方程用现代符号表示，就是： 电位移方程 C=i+D/6t 磁场力方程（即磁场的高斯定理） uH=curl A 电流方程（即普遍的安培环路定理）culH=4πC 电动势方程（即法拉第电磁感应定律）E=u(vxH)-6A/t-Vy 电弹性方程（即介质方程之一） E-kD 电阻方程（即欧姆定律） E=-pi 自由电荷方程（即电场的高斯定律） e+V·D=0 连续性方程（即电荷守恒定律） oe/at+V·j=0 直到1890年，赫兹(H.R.Hertz,1857-1894年)才给出简化的对 称形式，整个方程组只包含四个矢量方程，一直沿用至今：
这一运动物质引起的。”“电磁场是包含和围绕着处于电或磁状态的物 体的那部分空间，它可能充有任何一种物质”，“介质可以接受和贮存 两类能量，即由于各部分运动的‘实际能’（按：即动能）和介质因 弹性从位移恢复时要作功的‘位能’。”[Scientific Papers of J.C.Maxwell, Vol,1,Cambridge,1890,p.527.] 在这篇论文中，麦克斯韦讨论了电磁感应。他再次运用类比方 法来说明电流的电磁动量，这个量代表了“电应力状态”，就是先前 用过的矢势 A。在这篇论文中，麦克斯韦提出了电磁场的普遍方程组， 共 20 个方程，包括 20 个变量。这 20 个变量是：电磁动量 F、G、H ; 磁力（即磁场强度）α、β、γ；电动热 P、Q、R; 传导电流 p、q、r ; 电位移 f、g、h ; 全电流（包括位移的变化）p’、q’、r’ ; 自由电荷电 量 e; 以及电位ψ。20 个方程用现代符号表示，就是： 电位移方程 C=i+∂D/∂t 磁场力方程（即磁场的高斯定理） μH=curl A 电流方程 （即普遍的安培环路定理） curlH=4πC 电动势方程（即法拉第电磁感应定律）E=μ(ν×H)- ∂A/∂t-▽ψ 电弹性方程（即介质方程之一） E=kD 电阻方程（即欧姆定律） E=-ρi 自由电荷方程（即电场的高斯定律） e+▽•D=0 连续性方程（即电荷守恒定律） ∂e/∂t+▽•j=0 直到 1890 年，赫兹（H.R.Hertz,1857-1894 年）才给出简化的对 称形式，整个方程组只包含四个矢量方程，一直沿用至今：
divE=4πp, divB=0 curlB=c-1 6E/Ot+4j,curlE=-c1 B/Ot 关于电磁波传播速度等于光速、电磁波是横波这一重要结论， 麦克斯韦是在1862年的《论物理力线》中首次得到的。然后，在1865 年的《电磁场的动力学理论》中，根据电磁场方程组，再次证明了这 一结论。麦克斯韦从位移电流的思想出发，认为既然电介质中的粒子 位移可以看成是电流，就可以把电流与磁力线的相互作用推广到绝缘 体，甚至是充填于真空的以太。在这些介质中任一点产生的电粒子的 振动，就可以通过相互作用在介质中扩展开来。 设弹性介质密度为p,切边模量为m,这种介质可以传播 v=(m/p)2的横波。根据分子涡旋假设，麦克斯韦发现电磁波的速度 等于光速。他在论文中用斜体字写道：“我们难以排除如下的推论： 光是由引起电现象和磁现象的同一介质中的横波组成的。”[Scientific Papers of J.C.Maxwell,vol,1,Cambridge,1890,p500] 1873年，麦克斯韦出版了巨著《电磁通论》。在这部巨著中， 麦克斯韦更为彻底地应用动力学原理（拉格朗日方程）发展了他的动 力学理论体系，从而使得他建立的电磁场理论更加完善，基础更加坚 实。在《电磁通论》中，麦克斯韦还首次从理论上预言了光压的存在， 并根据光是波动的观点解释了光压。1887年，赫兹的电磁波实验系 统地证实了麦克斯韦电磁场理论关于电磁波的预言。1888年，赫兹 测量了电磁波的速度，证实它确实等于光速。对于麦克斯韦的功绩， 爱因斯坦在纪念麦克斯韦诞辰100周年的文集中写道：“自从牛顿奠 定了理论物理学的基础以来，物理学的公理基础的最伟大的变革，是
divE=4πρ, divB=0 curlB=c -1 ∂E/∂t+4πj, curlE=- c -1 ∂B/∂t 关于电磁波传播速度等于光速、电磁波是横波这一重要结论， 麦克斯韦是在 1862 年的《论物理力线》中首次得到的。然后，在 1865 年的《电磁场的动力学理论》中，根据电磁场方程组，再次证明了这 一结论。麦克斯韦从位移电流的思想出发，认为既然电介质中的粒子 位移可以看成是电流，就可以把电流与磁力线的相互作用推广到绝缘 体，甚至是充填于真空的以太。在这些介质中任一点产生的电粒子的 振动，就可以通过相互作用在介质中扩展开来。 设弹性介质密度为ρ，切边模量为 m，这种介质可以传播 v=(m/ρ) 1/2 的横波。根据分子涡旋假设，麦克斯韦发现电磁波的速度 等于光速。他在论文中用斜体字写道：“我们难以排除如下的推论： 光是由引起电现象和磁现象的同一介质中的横波组成的。”[Scientific Papers of J.C.Maxwell,vol,1,Cambridge,1890,p500] 1873 年，麦克斯韦出版了巨著《电磁通论》。在这部巨著中， 麦克斯韦更为彻底地应用动力学原理（拉格朗日方程）发展了他的动 力学理论体系，从而使得他建立的电磁场理论更加完善，基础更加坚 实。在《电磁通论》中，麦克斯韦还首次从理论上预言了光压的存在， 并根据光是波动的观点解释了光压。1887 年，赫兹的电磁波实验系 统地证实了麦克斯韦电磁场理论关于电磁波的预言。1888 年，赫兹 测量了电磁波的速度，证实它确实等于光速。对于麦克斯韦的功绩， 爱因斯坦在纪念麦克斯韦诞辰 100 周年的文集中写道：“自从牛顿奠 定了理论物理学的基础以来，物理学的公理基础的最伟大的变革，是