電磁波來了(1855-1888)

2020-12-08 中國無線電管理

麥克斯韋
(1831-1879)

這位帥哥如浩瀚宇宙般深邃的物理思想，強烈地吸引了同在英國的一位年輕人——來自英國蘇格蘭愛丁堡的麥克斯韋（詹姆斯•克拉克•麥克斯韋，James Clerk Maxwell，1831～1879）。麥克斯韋認為，法拉第的電磁場理論比當時流行的超距作用電動力學更為合理，他抱著用嚴格的數學語言來描述法拉第理論的決心闖入了電磁學領域，並成為繼法拉第之後集電磁學大成的偉大科學家。


《電磁場的動力學理論》封面

麥克斯韋於1855年左右開始研究電磁學。在潛心研究了法拉第關於電磁學方面的新理論和思想之後，他堅信法拉第的新理論包含著真理。他在前人成就的基礎上，對整個電磁現象作了系統、全面的研究，憑藉他高深的數學造詣和豐富的想像力接連發表了電磁場理論的三篇論文：《論法拉第的力線》（On Faraday’s Lines of Force，1855年12 月）；《論物理的力線》（On Physical Lines of Force，1862年）；《電磁場的動力學理論》（A dynamical theory of the electromagnetic field，1864年12月8日）。這三篇重要的論文對前人和他自己的工作進行了綜合概括，將電磁場理論用簡潔、對稱、完美的數學形式表示出來，經後人整理和改寫，成為經典電動力學主要基礎——麥克斯韋方程組。


《電磁學通論》封面

據此，1865年他預言了電磁波的存在。麥克斯韋經過理論推演，認為電磁波只可能是橫向傳導波，並計算了電磁波的傳播速度等於光速。同時，他的靈感促使自己得出一個重要結論：光是電磁波的一種形式。這揭示了光現象和電磁現象之間的聯繫。麥克斯韋將這些理論的論證和推導結論整理成冊，於1873年出版了科學名著《電磁學通論》（Treatise on electricity and magnetism），系統、全面、完美地闡述了電磁場理論。這一理論成為經典物理學的重要支柱之一。


赫茲
(1857-1894)

這一名著後來被傳到了德國，深深打動了一位德國物理學家的心。他就是赫茲（海因裡希•魯道夫•赫茲，Heinrich Rudolf Hertz，1857-1894）。赫茲在柏林大學學習物理時，受赫爾姆霍茲的鼓勵研究麥克斯韋電磁理論。當時德國物理界深信韋伯的電力與磁力可瞬時傳送的理論，因此赫茲就決定以實驗來證實韋伯與麥克斯韋理論誰的正確。1888年，赫茲的實驗成功了，驗證了電磁波的存在。而麥克斯韋理論也因此獲得了無上的光彩。


赫茲實驗的原理圖

赫茲在實驗時曾指出，電磁波可以被反射、折射和如同可見光、熱波一樣的被偏振。通過實驗計算，他發現電磁波的傳播速度與光速相同，從而全面驗證了麥克斯韋的電磁理論的正確性。

1888年1月，赫茲將這些成果總結在《論動電效應的傳播速度》（On the electric effect of the propagation velocity of moving）一文中。赫茲實驗公布後，轟動了全世界的科學界。由法拉第開創，麥克斯韋總結的電磁理論，至此才取得決定性的勝利。而無線電波也因此被命名為赫茲波。

1888年，成為了近代科學史上的一座裡程碑。赫茲的發現具有劃時代的意義，它不僅證實了麥克斯韋發現的真理，更重要的是開創了無線電電子技術的新紀元。從中國人的眼界來看，這一年也是非常具有歷史意義的。無線電，1888，要發！發！發！

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