麥克斯韋方程組是英國物理學(xué)家麥克斯韋在19世紀(jì)建立的描述電場與磁場的四個(gè)基本方程。
方程組的微分形式,通常稱為麥克斯韋方程。 在麥克斯韋方程組中,電場和磁場已經(jīng)成為一個(gè)不可分割的整體。該方程組系統(tǒng)而完整地概括了電磁場的基本規(guī)律,并預(yù)言了電磁波的存在。
麥克斯韋提出的渦旋電場和位移電流假說的核心思想是:變化的磁場可以激發(fā)渦旋電場,變
化的電場可以激發(fā)渦旋磁場;電場和磁場不是彼此孤立的,它們相互聯(lián)系、相互激發(fā)組成一個(gè)統(tǒng)一的電磁場。麥克斯韋進(jìn)一步將電場和磁場的所有規(guī)律綜合起來,建立了完整的電磁場理論體系。這個(gè)電磁場理論體系的核心就是麥克斯韋方程組。
(1)描述了電場的性質(zhì)。在一般情況下,電場可以是庫侖電場也可以是變化磁場激發(fā)的感應(yīng)電場,而感應(yīng)電場是渦旋場,它的電位移線是閉合的,對(duì)封閉曲面的通量無貢獻(xiàn)。
(2)描述了磁場的性質(zhì)。磁場可以由傳導(dǎo)電流激發(fā),也可以由變化電場的位移電流所激發(fā),它們的磁場都是渦旋場,磁感應(yīng)線都是閉合線,對(duì)封閉曲面的通量無貢獻(xiàn)。
(3)描述了變化的磁場激發(fā)電場的規(guī)律。
(4)描述了變化的電場激發(fā)磁場的規(guī)律。
我們從麥克斯韋方程組的產(chǎn)生,形式,內(nèi)容和它的歷史過程中可以看到:第一,物理對(duì)象是在更深的層次上發(fā)展成為新的公理表達(dá)方式而被人類所撐握,所以科學(xué)的進(jìn)步不會(huì)是在既定的前提下演進(jìn)的,一種新的具有認(rèn)識(shí)意義的公理體系的建立才是科學(xué)理論進(jìn)步的標(biāo)志。第二,物理對(duì)象與對(duì)它的表達(dá)方式雖然是不同的東西,但如果不依靠合適的表達(dá)方法就無法認(rèn)識(shí)到這個(gè)對(duì) 象的存在。由此,第三,我們正在建立的理論將決定到我們?cè)诤畏N層次的意義上使我們的對(duì)象成為物理事實(shí),,這正是現(xiàn)代最前沿的物理學(xué)所給我們帶來的困惑。
麥克斯韋方程組揭示了電場與磁場相互轉(zhuǎn)化中產(chǎn)生的對(duì)稱性優(yōu)美,這種優(yōu)美以現(xiàn)代數(shù)學(xué)形式得到充分的表達(dá)。但是,我們一方面應(yīng)當(dāng)承認(rèn),恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式才能充分展示經(jīng)驗(yàn)方法中看不到的整體性(電磁對(duì)稱性),但另一方面,我們也不應(yīng)當(dāng)忘記,這種對(duì)稱性的優(yōu)美是以數(shù)學(xué)形式反映出來的電磁場的統(tǒng)一本質(zhì)。因此我們應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到應(yīng)在數(shù)學(xué)的表達(dá)方式中發(fā)現(xiàn)或看出 了這種對(duì)稱性,而不是從物理數(shù)學(xué)公式中直接推演出這種本質(zhì)。