電磁感應現象告訴我們,通過線圈所包圍麵積的磁場通量發生變化時,在線圈中也能產生電流,這正好是與電流(運動電荷)產生磁場相反的過程。這就從另一個方麵揭示了電與磁密不可分的關係。由此,法拉第預感到:電與磁不僅有著密切的聯係,而且在一定的條件下可以相互轉化。但是,由於法拉第數學基礎差,他的想法和觀點,雖然有實驗事實為根據,但缺少數學上的證明,使人感到遺憾。他在論文裏隻習慣於用比喻手段生動地進行說明,而常常不使用數學式來表示。因此,當時科學界普遍認為法拉第是個優秀的實驗家,而不是一個好的理論家。對於習慣用數學式來思考和解釋問題的科學家們來說,法拉第的理論變得難以理解,因此,法拉第的電磁感應也在不被理解中逐漸被人們所遺忘;而法拉第所預感到的電與磁以及磁與電的轉化關係,也沒有引起科學家們應有的重視。然而,法拉第的貢獻是開創性的。後來,麥克斯韋正是在法拉第工作的基礎上,通過數學的手段建立起了電磁場理論的完整體係。
麥克斯韋的發現
真理是不會被埋沒的,總有一天會放出光芒。就在法拉第發現電磁感應現象並發明了發電機的1831年,在英國的一位著名的律師家裏,降生了一個小生命,他的名字叫麥克斯韋。
麥克斯韋從小家中富有,聰明好學,尤其是數學天才突出,16歲時就發表了數學論文,他的才能在少年時代就露出了光芒。1850年他進入英國劍橋大學學習數學專業,1854年以優異的成績畢業。麥克斯韋大學畢業以後,便開始了電與磁理論的研究。
這個時候,法拉第發現電磁感應已經有23年的了。法拉第始終認為,磁場變化時能產生電流,而電力和磁力都是通過某種媒介物而傳遞的。但是,大部分科學家認為不是這樣,有的還提出了與法拉第認識才皈的一些觀點。可見,當時的電和磁的理論,在一些主要觀點上爭論還是很激烈的。
麥克斯韋是個很有主意的人。這時他下定決心對法拉第沒有數學根據的觀點進行深入的考查。他說:“如果迄今為止沒有數學證明這一理論,那麼讓我去做這一工作吧!”
1855年麥克斯韋完成了名為《論法拉第的力線》的數學論文,第一次從數學上證明了法拉第理論的正確性。1862年麥克斯韋又發表了名為《論物理的力線》的論文,得出了“電或磁的波動是光的一種”的重要結論。他用數學的方法證明了變化的電場能產生磁場,變化的磁場也能產生電場,他把電場與磁場的這種波動,就稱為電磁波。他用數學的方法還證明了電磁波與光是同樣的物質,兩者的傳播速度也相等。
1864年,麥克斯韋又發表了一篇非常重要的文章,題目是《電磁場的動力學理論》。在這篇文章中,麥克斯韋對法拉第等人和自己的研究工作進行了係統而概括的總結,提出了聯係著電荷、電流、電場、磁場的一個完整的數學方程組。後來,有人對這個方程組又進行了一些加工和整理,成為了電磁場理論的基本方程,人們把它叫做麥克斯韋方程組。由這個方程組得出的結論,大體上有以下幾個方麵:①不僅變化的磁場能產生電場,而且變化的電場也能產生磁場;②隻要有變化的電流,就有變化的電場和變化的磁場在空間的傳播,從而形成電磁波;③電磁波中的電場和磁場相互成90度角,而且又都和傳播方向相垂直;④電磁波的傳播速度始終是一定的,它總是以光的速度傳播,1秒中就可以走30萬千米。