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第2章 超链接世界的诞生电磁波（第9页）

在赫兹和安曼建造的发射器中，电流伴随间隙中火花的闪烁，激发的电场则以5000万次秒的频率变化，辐射的电磁波波峰和波谷之间的距离为3米。

毫无疑问，赫兹是第一个人工制造出了麦克斯韦的不可见电磁波，并成功进行了探测的人。

这些电磁波波长6米，这是电磁波完成一次全振**走过的距离。

世界就此永久性地改变了。

当时，大多数科学家都对麦克斯韦的齿轮—珠子模型困惑不解，他自己也从未指望过有人会拿它当回事。

对他来说，这个模型只不过是构建理论过程中的脚手架，并不是理论本身。

1873年，麦克斯韦最终拆除了脚手架，完成了理论构建，只用数学方程来描述电场和磁场的行为。

麦克斯韦的4个电磁场方程非常著名，甚至今天仍有人把它们印在T恤衫上，还常常搭配着《圣经》中的那句：“要有光!”

但实际上，麦克斯韦总共列出了20个方程来描述电和磁，并且方程中没有使用电场和磁场，而是使用了磁势和电势。

1885年，英国电气工程师、物理学家奥利弗·哈维塞德（OliverHeaviside）将这20个方程简化，从而成为现在与麦克斯韦同名的缩写形式（不过，随着20世纪物理学的发展表明，麦克斯韦的原始方程才是最有用的）。

只须对麦克斯韦方程组进行简单的变换，就能得到描述电磁波的波动方程。

麦克斯韦在很小的时候就表现出强烈的好奇心，不停地问周围的成年人“这是怎么回事”

，当他们给出的答案不能让他满意时，他又会问：“这到底是怎么回事呀？”

最终，麦克斯韦用电磁学方程发现了电和磁是“怎么回事”

。

人们无从知道麦克斯韦最终征服电、磁和光时的感觉，只能靠想象。

正如爱因斯坦在征服空间、时间和引力时所说：“在黑暗中寻找真理的岁月里，人们能感觉到但无法表达的，正是那种强烈的渴望以及信心与疑虑的交替，直到突破并且领悟，才画上句号。

只有亲身经历过的人才知道，那是什么样的感觉。”

麦克斯韦方程组在许多方面都是标志性的。

首先，也是最重要的，麦克斯韦方程组标志着人类对经验世界的看法发生了翻天覆地的变化。

从牛顿那个时候开始，物理学家们就习惯了借助日常生活中常见的事物去类比基本物理世界，这也正是麦克斯韦想用齿轮和珠子做的事。

但自从放弃了这个脚手架之后，麦克斯韦便获得了对宇宙更深刻的理解，那就是构成现实的电场和磁场在人们熟悉的日常生活中根本就没有可用于类比的东西，它们的本质只能通过数学来描述，数学才是自然界的基本语言。

到了20世纪，物理学家们会越来越认可这个真理，因为他们逐渐认识到，引力是四维时空的曲率，原子及其组成只能用抽象的概率波来描述。

正如爱因斯坦所说：“牛顿时代结束了，麦克斯韦时代到来了。”

麦克斯韦的电磁学理论也孕育了相对论。

光速在电磁学理论中是绝对的，与光源或观测者的运动无关。

这一事实促使阿尔伯特·爱因斯坦在1905年提出，光速是构建宇宙的基石，空间和时间不过是流沙。

实际上，狭义相对论揭示了时间和空间仅仅是同一事物的不同方面，空间-时间是一个统一的实体。

通过解决存在于麦克斯韦理论中的核心悖论，狭义相对论使我们对这个理论的理解更深入。

比如，依照电磁学理论，运动的电荷（例如电子）会产生磁场，从而也改变了其电场。

[5]然而，假如有一个人能把自己缩小到电子那么小，然后跟电子一起运动，那会怎样呢？注意，此时相对于电子，这个人是静止的，所以他看不到磁场，只能看到电场。

然而磁场怎么可能对一个人存在，而对另一个人不存在呢？只有一种方法可以摆脱这个悖论。

爱因斯坦对待空间和时间的方法是，把它们看成同一事物——时空——的不同方面；我们也可以采取同样的方法，将电场和磁场看成电磁场的不同方面。

你可以分别看到多少电场、多少磁场，多大空间以及多长时间都取决于你的运动速度。

电磁场是个统一体，光速在其中也应该是相对的。

然而，可以说，麦克斯韦电磁学理论中最重要的部分是“场”