【物理原理】一起来学习电磁学理论的建立

1820年起，电磁热席卷欧洲，法拉第相信自然力的统一性，认为"磁生电"是必然存在的。从1824年到1828年，法拉第多次进行电磁学实验。1831年8月29日，法拉第终于取得突破性进展。这次他是用一个软铁圆环，环上绕两个互相绝缘的线圈A和B，法拉第对各项实验作了总结，将产生感应电流的情况分为5类：变化中的电流，变化中的磁场，运动的稳恒电流，运动中的磁铁，运动中的导线。法拉第只是定性地用文字表述了电磁感应现象。1833年楞次用楞次定则来说明感应电流的方向。1845年纽曼以定律的形式提出电磁感应的定量规律。

1847年，W·汤姆孙进一步研究了电磁现象与弹性现象的相似性，在题为"论电力、磁力和伽伐尼力的力学表征"一文中，以不可压缩流体的流线连续性为基础，论述了电磁现象和流体力学现象的共性。W·汤姆孙运用类比方法，把法拉第的力线思想转变为定量的表述，为麦克斯韦的工作提供了十分有益的经验。

1856年，麦克斯韦发表了第一篇关于电磁理论的论文，题为《论法拉第力线》。在这篇论文中，他发展了W·汤姆孙的类比方法，用不可压缩的流体的流线类比于法拉第的力线，把流线的数学表达式用到静电理论中。流线不会中断，力线也不会中断，只能发源于电荷或磁极，或者形成闭合曲线。麦克斯韦通过类比，明确了两类不同的概念：一类相当于流体中的力，电场强度E和磁场强度H属于这一类；另一类相当于流体的流量，电位移矢量D和磁感应强度B属于这一类。麦克斯韦进一步讨论了这两类量的性质。流量遵从连续性方程，可以沿曲面积分，而力则沿线段积分。

麦克斯韦推出了6个定律，他写道："在这6个定律中，我要表达的思想，我相信是（法拉第的）《电学实验研究》中所提示的思想模式的数学基础。"

1861年麦克斯韦写了第二篇论文《论物理力线》，内容分4个部分，分别载于1861年和1862年的《哲学》杂志上。"目的是研究介质中的应力和运动的某些状态的力学效果，并将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。"麦克斯韦为此创建了"位移电流"。"位移电流"的假设在电磁场理论中具有非常重要的地位。1865年麦克斯韦发表了关于电磁场理论的第三篇论文《电磁场的动力学理论》，全面地论述了电磁场理论。

对麦克斯韦的功绩，爱因斯坦作了很高的评价，他在纪念麦克斯韦逝世100周年的文集中写道："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的工作所引起的。""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连在一起的。这次革命的最大部分出自麦克斯韦。"

洛伦兹在1892年发表了《麦克斯韦电磁学理论及其对运动物体的应用》，在对麦克斯韦电磁场理论修订的基础上提出了著名的经典电子论。他将电磁波（包括可见光）经过物质时呈现的各种宏观电磁现象，都归结为电磁波与物质中在准弹性力作用下电子的相互作用的结果。从这一简单的假设出发，洛伦兹成功地解释了物质中一系列的电磁现象，以及物质在电磁场中运动的一些效应。洛伦兹的电子论为塞曼效应提供了理论依据和科学解释。在洛伦兹的电子论中，电子的运动是一切电磁场的根源。