如果一个曲面是闭合的,那么通过它的通量就是曲面里面某种东西的量度。因为自然界存在独立的电荷,所以高斯电场定律的右边就是电荷量的大小,因为我们还没有发现磁单极子,所以高斯磁场定律右边就是0。
如果一个曲面不是闭合的,那么它就无法包住什么,就不能成为某种荷的量度。但是,一个曲面如果不是闭合的,它就有边界,于是我们就可以看到这个非闭合曲面的通量变化会在它的边界感生出某种旋涡状的场,这种场可以用环流来描述。因而,我们就看到了:如果这个非闭合曲面的磁通量改变了,就会在这个曲面的边界感生出电场,这就是法拉第定律;如果这个非闭合曲面的电通量改变了,就会在这个曲面的边界感生出磁场,这就是安培-麦克斯韦定律的内容。
所以,当我们用闭合曲面和非闭合曲面的通量把这四个方程串起来的时候,你会发现麦克斯韦方程组还是很有头绪的,并不是那么杂乱无章。闭上眼睛,想象空间中到处飞来飞去的电场线、磁场线,它们有的从一个闭合曲面里飞出来,有的穿过一个闭合曲面,有的穿过一个普通的曲面然后在曲面的边界又产生了新的电场线或者磁场线。它们就像漫天飞舞的音符,而麦克斯韦方程组就是它们的指挥官。
16结语
有很多朋友以为麦克斯韦方程组就是麦克斯韦写的一组方程,其实不然。如我们所见,麦克斯韦方程组虽然有四个方程,但是其中有三个半(高斯电场定律、高斯磁场定律、法拉第定律、安培环路定理)是在麦克斯韦之前就已经有了的,真正是麦克斯韦加进去的只有安培-麦克斯韦定律里”电通量的变化产磁场”那一项。知道了这些,有些人可能就会觉得麦克斯韦好像没那么伟大了。
其实不然,在麦克斯韦之前,电磁学领域已经有非常多的实验定律,但是这些定律哪些是根本,哪些是表象?如何从这一堆定律中选出最核心的几个,然后建立一个完善自洽的模型解释一切电磁学现象?这原本就是极为困难的事情。更不用说麦克斯韦在没有任何实验证据的情况下,凭借自己天才的数学能力和物理直觉直接修改了安培环路定理,修正了几个定律之间的矛盾,然后还从中发现了电磁波。所以,丝毫没有必要因为麦克斯韦没有发现方程组的全部方程而觉得他不够伟大。
来源:长尾科技编辑:aki