<https://www.coursera.org/lecture/dianci-2/6-14jiang-zuo-zhi-si-cong-wu-li-li-xian-dao-dian-ci-chang-li-lun-HVcJS#lecture>
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"第一篇文章叫论法拉第力线，是就法拉第的力线的思想来讨论问题的 而第二篇文章就把法拉第力线拓宽到 整个物理学，这个眼界呢更开阔 那么这篇文章分四部分 载于1861年和62年的哲学杂志 你们说物理怎么会登了哲学杂志上？ 其实在物理学早期发展多数物理学家都是哲学家 是吧？你们去回忆回忆物理学历史上很多 是因为哲学而是思想家才会去想这些问题 像亚里士多德啊什么这些都是会去想这个 物体是如何运动的，遵从什么规律，但他那时候还没有引进定量 描述。那么自从物理和数学相结合引进了 定量的描述才奠定了物理学的基础，成为一个物理学 所以物理学其实从来和哲学思想是分不开的 而且哲学思想在物理学里边会起以指导作用 比如超距作用和近距作用就是不同的哲学观点 那么在这篇文章里，它的目的是研究介质当中的 力学，应力和运动的某些状态的力学效果 并且把它们与观察到的电磁现象 加以比较，从而为了解力线的实质作准备 这个是第四，就是这篇文章。那么有两件事情 使得Maxwell重新考虑这个研究方法 因为在类比当中，法拉第力线和流体 两者是类比的，但是他觉得不能简单类比，为什么呢? 为什么呢？因为法拉第力线我们定义的 比如说电场线实际上我们是按什么啊？ 电力线数密度来标记电场强度是吧？ 数密度，电力线越密集地方场强越强 那么因此法拉第力线有纵向搜索、横向扩张的趋势 力线越密的地方呢应力越大，这是法拉第力线的特点 但是流流体力学当中的流线 流线越密的地方压力越小，流速越快 最典型的就是两条船，看它连得离得很近啊，慢慢慢慢 越来越近，越来越近，嘣会碰到。所以你看很多船，船帮上都有大轮胎绑着 对吧？你看那船帮上它有那个轮胎绑着，为什么呢？ 它靠近岸的时候不至于这个船体跟岸碰 另外呢电的运动和磁的运动 也没有办法简单类比，为什么呢？ 从电解质，这不是电介质啊，电解，就是说比如说那液体电解液啊 那么从这个现象看到呢电的运动是平移的 比如离子它呢在里边运动是平移的，但是从偏振光 在透明晶体当中的旋转现象看磁的运动好像是 介质中分子的旋转运动，虽然认识不太清楚，但是觉得 这两种运动还是不太一样，那么于是呢 Maxwell想解决这个问题他就提出了一个叫分子涡旋模型 你看啊，这个像乌龟壳这样的东西呢 就认为是磁以太，因为当时Maxwell那个 做这个文章的时候呢以太，以太的这个理论是很兴盛的 [声音] 认为电磁场里有一种媒质 这种媒质叫以太，叫以太，所以呢他就把 这个叫磁以太，把一个个像那个轴承里边的滚珠 叫电以太，所以说呢Maxwell就说小球呢是电以太 它受电力的作用呢会移动，啊会移动，那么小球移动 那么就会形成电流，形成电流 另外六角形的是磁以太，那么因为小球 和这个磁以太就是电以太和磁以太是互相啮合的 就跟那个滚珠，滚珠和齿轮啮合一样 那么你那电流如果在移动呢这个磁以太就会转动 就会转动，它基本上是这样一个模型，去想了这么一个模型 那么他说如果电流 比如说从A那么流到B，就这里的滚珠呢在滚动 那么它滚动就会造成呢上面这排磁以太呢 这么转，就这么转，所以呢是正的 下面这排呢这么转，是负的 那么它转了以后呢又会带动这个 电以太，这个电以太动呢又会带动它 这儿也一样，所以呢因为互相啮合，所以这个电流一动呢就会使得 临近的几排呢也发生平移或者转动 所以当电流从A流到B 电以太呢沿着AB移动是滚动前进 那么于是呢电以太的移动使与之啮合的上下两排以太 分别按逆时针和顺时针 转动，那么依次带动了各排 所以于是呢形成了和电流右手螺旋关系的空间 磁力线，这也是Maxwell的这样一个图像，他自己想的啊 那么他就想如果我这个电流突然停止了 会怎么样？AB当中的电流突然中止 那么沿着AB的电以太就不动了 它不动当然就把它歇住，把它歇住了，但是呢 这一排的它是不转了gh它不转了 但是kl 排的和其他各排的 还会动，那么于是呢它还继续按惯性动的话 就会使得pq 的这个电粒子呢会从p流到q 所以他说这个就是感应电流 因为我突然变换了，那么于是呢它停了，它停了 但是它还没停呢它会反过来影响它，所以这个电流呢叫感应电流，这是 Maxwell这个模型里面的想法。那么引出了电流以后 他又去想静电荷电场变化引起的后果 也就是说电以太受力以后它呢会以偏离 平衡位置，那么磁以太呢发生形变，产生弹性势能，所以如果 我在这儿稍微有点移动，那么它偏离平衡位置它就会有一个 弹性势能的形变，有个势能的变化。那么我电力一撤销呢 它应该什么呢？回复那么磁以太就会形变也消除，那么于是他就想到 电场变化，如果电场随时间变化会怎么样呢？ 会使电以太受到作用力 那么于是呢它就会偏离平衡位置 这个位移将随时间变化，那么于是他就说这个位移随时间变化 跟刚才说的电流一样，也会使磁以太旋转产生磁力线 那么于是呢它把引起电以太的位移的变化产生了磁场 那么因此他根据这样的一个想法，这样的一个想法觉得呢 电场随时间的变化它的作用有点跟刚才说的电流 移动使磁以太产生磁力线的作用是 差不多的，是差不多的。那么因此呢他就提出了 位移电流的概念，他根据这个图像提了一个 他说用这样的模型呢，Maxwell就领悟到 aE/at和 和B的关系 也就是说把电以太的位移叫什么呢？叫电位移 然后把 δE/δT呢叫位移电流 叫位移电流，而且呢在他的工作里 还讨论了电以太与磁以太的弹性模量 并且和μ0，ε 联系最后得到光传播的速度，是 c等于3乘10的8次方每秒米，当然这个过程 我们就没有仔细来讲，没有仔细讲。那么我们说 Maxwell做的这个模型有没有道理？ 那么应该说当时很多人说 这个模型是离奇的、荒诞的 就觉得怎么会有这样的东西呢？ 所以其实这是Maxwell想象出来一个模型做的一个思想实验 做了一个思想实验，也就是说他 其实是希望找到∂E/∂t和B之间的可靠的关系 那么他通过这样一个模型去把电场的变化和电流类比 那么看到了他们之间可能的结果是什么 所以说他通过这个模型作为手段 找到自己还觉得可信的物理量，其实找到以后后来他再也没提过这个模型 自己也知道这个模型很荒谬，就是说，但是实际上他是想 通过实际的模型去找这个感觉。那么他通过这样的其实做了一个思想实验 做了一个思想实验。那么于是第二篇文章他找到了位移电流 恰恰是他整个理论里的最七巧板里最后一块板 他的拼图里最后一块是什么呢？就是这个位移电流 因为找到了变化的磁场会产生斡旋电场，这是他的假设 我们以前说过他假设有位那个斡旋电场，但实际上实验一直没证实 所以提出这假说一直到证实差了22年 那么实际上Maxwell还有一个假设是什么呢？位移电流，这个位移电流就是这么提出来的 所以我们现在说他为什么会叫位移电流呢？ 是因为d等于ε0E加p叫电位移，所以 它才叫位移电流，其实不是的，一开始Maxwell是从 这个模型当中体会到这样一个偏离平衡位置的电场 就是说小小滚珠偏移平衡位置的位移会造成 磁以太的旋转，找到这个感觉，那么他提出这个位移电流 提出位移电流，所以他实际上是把他所有的电磁理论最后一块七巧板找到了 就是∂E/∂t和磁场的关系，那么就是位移电流 在第三篇文章里，他明确宣告 他提出的理论可以叫电磁场的理论 所以呢给了20个方程，20个变量 那么你们觉得很雷人，那么多 方程那么多变量，其实我们现在可以看到他的方程是什么，你看啊 电位移方程、磁场力方程 电流方程，这就12个了，然后电动势方程 电弹性方程12、16再加这个9个，然后还有自由电荷方程 连续性方程。那么你们看看这个不吓人，为什么啊？它每一个都是标量方程 你想想我们现在Maxwell方程 每一个方程都是矢量方程，一个就是顶3个对吧？ 4个方程就12个，再加电势方程等等加起来不一样的嘛 后来根据那个 他们俩对Maxwell的方程进行了改造、归纳整理 就是我们现在学的4个方程 是吧？现在你看这4个方程这里面 这一项我们还没学，对吧？所以 每一个都是矢量，所以我们说现在我们学的也是后人 加工把它变成所有的人容易接受的形式 所以你可以看到一个理论的建立经历了长期的很多人的 辛勤努力的工作，从观察现象、验证然后到实验定理 最后再提升到理论，那么最后给出这个方程是很 简洁的，所以我们下面可以看到我们对这个讲座做个小结 我们说Maxwell是幸运的，他生在电磁学已经打好基础的年代 那么但是在那个时代 同样这个时代那么多人，为什么只有Maxwell能做出 他的这个卓越的贡献呢？所以我们又要说他虽然幸运但是机会是给有准备的人 是专门有的人老抱怨我这一辈子倒霉啊，我没有机会 但是你准备好了吗？机会来了以后你能把握吗？ 有机会的时候有的人常常跟机会擦肩而过 是因为你没有准备。所以我们说Maxwell总结了已有的成就，像 法拉第啊、汤姆森啊提出的问题，同时 他本身的素质也决定他能够做这 把这件事情做得这么好，他深刻洞察超距 作用学派理论的困难和不协调因素 看穿那种力图把电磁现象归结于力学体系的超距作用理论的根本弱点 因此从类比研究入手，借助于数学工具 你数学不好你也不行啊，对吧？你看像毕奥-萨伐尔，他们做那毕奥-萨伐尔定律 最后他们还是请了拉布拉斯帮助，才把这个毕奥-萨伐尔定律建立起来，对吧？ 应该说他借助了数学工具在理想思维的 基础上建立模型，甩掉一切机械论点 径直把位移电流和电磁场作为客体摆在电磁理论的核心地位 开创了电磁物理学的又一个新的起点。所以爱因斯坦 高度评价Maxwell的工作，他说 他在纪念Maxwell诞辰100周年的文集当中说 自从牛顿奠定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由 法拉第和麦克斯韦在电磁现象方面工作所 引起的。这样一次伟大的变革是同法拉第、麦克斯韦和赫兹 的名字永远联系在一起的。这次变革的最大部分出自麦克斯韦 我们也可以看到赫兹为什么 跟他们并列在一起？那是因为赫兹最终证实了麦克斯韦的理论 所以没有试验你理论也只能数字高度 所以我们物理学是一个实验的科学 你最终再好的理论你必须通过实验来验证 这个是关于麦克斯韦的三篇文章。那么我们 可以看到我们通过简单地介绍他的三篇文章其实 我们已经把这学期 学过的东西大概地回顾了一下，回顾了一下。那么"
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