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第2章 超链接世界的诞生电磁波（第6页）

虽然年龄的悬殊阻碍了法拉第和麦克斯韦成为最亲密的朋友，但他们相互尊崇。

敢于挑战学术权威是二人拥有的共同个性，如果没有对方的支持，两人都不可能取得各自的声誉。

就像法拉第一样，麦克斯韦也尝过被人羞辱的滋味。

他在8岁时失去了母亲，在格伦莱尔由父亲独自抚养长大。

刚到久负盛名的爱丁堡学院的第一天，麦克斯韦就因为自己的外乡口音、社交上的笨拙、自家缝制的鞋子和衣服而遭到同学们的嘲弄，他们称麦克斯韦为呆瓜。

多年来，麦克斯韦一直在努力解释法拉第的实验结果。

起初，他认为磁场和电场像流体，后来他设计了一个更好的模型，这个模型赋予了磁力一个非常奇怪的特性，悍然违背了牛顿主义者们所坚信的——两个物体之间的作用力总是沿着它们之间的直线起作用。

但奥斯特已经发现，磁力是环形的，当把罗盘悬挂在一根竖直载流导线旁边时，指针并不指向导线，而是与导线成直角；而且，如果绕着导线改变罗盘的位置，指针总是会转到与导线成直角的位置，磁力是环形的，像看不见的旋风一样，绕着导线打转。

事实上，正是运用了这种旋风样的力，法拉第发明了世界上第一台电动机。

在麦克斯韦新的精巧模型中，所有的空间，无论是空的，还是被物质占据的，都塞满了能够旋转的微小齿轮。

与磁体直接接触的齿轮转动，带动邻近的齿轮转动，邻近的齿轮又带动远处的齿轮转动，依此类推。

这样，环形的磁力就穿过空间，从磁铁传到附近的金属上。

但麦克斯韦在解释自己的力学模型时，除了隐形的齿轮，他还设想了可以像轴承中的滚珠一样沿着齿轮之间的通道移动的小珠子，这些珠子代表电流。

事实上，麦克斯韦在不断调整他的模型，以此来模拟更多真实世界的特征。

例如，在试图重现材料内部的磁性强度取决于材料本身这一事实的过程中，麦克斯韦想到材料内部的齿轮转动的容易程度取决于材料的类型。

最终，麦克斯韦让他的齿轮变得有弹性，这样就能让齿轮在物体内部传递力时不损失能量。

麦克斯韦在格伦莱尔完成新模型后，才和妻子凯瑟琳返回伦敦。

在模型完成的那一刻，麦克斯韦意识到一件非常重要的事情：他炮制的齿轮和珠子的介质正好可以传播波。

以池塘水面上的波纹为例。

雨滴溅落引起的扰动先是在水面上形成一个临时的凸起，接下来，这个凸起在回复力（restforce）——重力——的作用下，向池塘的水平面回落；因水有质量或称惯性，使得凸起部分的下落越过水平面，进而形成凹陷，整个过程会重复多次。

当然，水是连续介质，扰动形成的振**不会一直停留在一个地方，而是会逐渐传递到附近的水面。

随着时间的推移，进一步传递到更远处的水面。

就这样，一种波浪式的扰动以同心圆的形式，沿着池塘的水面传播开来。

麦克斯韦的齿轮和珠子的介质既有惯性也有回复力，因此，如果这种介质受到振动，类似涟漪的扰动，就会像池塘里的波纹一样通过介质传播。

实际上，这是有附带条件的。

如果介质是导电的，则波无法传播出去，因为产生的电流会迅速消耗波的能量；相反，波可以通过非导电介质传播，因为这种介质不会产生电流。

[3]这种介电材料包括水、空气和真空等。

麦克斯韦认识到，这种波是由相互垂直、不断振**的磁场和电场组成的，两者都垂直于波的行进方向。

电场在强度上发生衰减时，衰减的电场会自动产生磁场；磁场的强度发生衰减时，衰减的磁场会自动产生电场。

这个过程会一次接一次地持续下去，一旦开始，将永远在这种自我维持的电和磁的波动中进行下去。

根据麦克斯韦的理论，这种电磁波的速度只取决于两个参数：表征介质磁性能的磁导率和电性能的介电常数。

前一个用来衡量介质对磁场有多大的增强作用，也就是介质的回复力；后一个用来描述介质对电场有多强的削弱能力，也就是介质的惯性。

麦克斯韦知道，这两个量都可以通过真空实验测得。

但整个夏天，他都被困在格伦莱尔，手头没有那本包含相关实验结果数据的参考书——那本书就在国王学院的图书馆里。

所以，1862年10月的一个早上，麦克斯韦急着赶去国王学院，他甚至没有等到厨师端来早餐，就从肯辛顿大街跑去赶马车了。

伦敦的交通一直很糟糕，因此，在帕丁顿和法灵顿之间，一个全新的交通系统——伦敦地铁大都会线——正在建设中，麦克斯韦想不明白地下蒸汽火车的烟尘、蒸汽问题该怎么解决。