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汪诘2025年10月30日约 4 分钟

演讲视频

演讲文字稿

他叫麦克斯韦。可能你们对他有点陌生。他用四行诗般的方程，将光、电、磁归于一体。正是因为这个成就，让他跻身于世界排名第三的物理学家。

麦克斯韦 1831-1879 年

麦克斯韦为什么能够排在第三呢？首先，他是首任卡文迪许实验室的主任。剑桥大学卡文迪许实验室大名鼎鼎，同时他也是卡文迪许物理学教授，这是一个名誉头衔。1874 年，麦克斯韦获得了卡文迪许尘封半个多世纪的电学手稿，经过他五年的整理，让卡文迪许的那些科学成就再次绽放光芒。

麦克斯韦到底凭什么能排在爱因斯坦和牛顿之后呢？这就是他的成就：麦克斯韦方程组。看到这个公式，我估计小朋友们都大呼一声天呐，“这是什么东西？我完全看不懂，我晕了，对吧？”估计可能很多成年人也看不懂。

麦克斯韦方程组的第一条方程是这样的。它表示的意思是：电场的源头是电荷。电荷的密度越大，电场线就越密集。电场是可以用线来表示的。这就是他发现的关于电、磁和光的第一条定律。我再次说明一下，定律是一种假设，是共同信念，不需要证明。我们只知道它们具有这样的数学关系。

麦克斯韦方程组的第二条方程：所有的磁力线一定是闭合的。包住任何区域，磁场的“流出量”永远是零。方程中的三角形其实是一个算符，是一个计算方式。中间的点也是一个算符，表示物理学中一个叫“散度”的一个计算方法。而 B 就是磁通量。什么意思？不用去管。你只需要知道磁力线的总输出，向外界的输出量是零。所以磁力线一定是闭合的。

有了这一条，我们就可以得出一个推论：任何一个磁铁，你把它掰成两段，它不会变成一个南极一个北极，而一定会变成两个小磁铁。所有的磁铁一定有南极和北极，因为磁通量为零。注意，这是一个假设，并不代表它是真理，科学界没有真理。只不过到目前为止，我们没有发现任何反例。所以现在有一些科学家正在试图去寻找磁单极子。如果磁单极子被找到了，那么麦克斯韦的这个理论就被推翻了。但是一直到今天，麦克斯韦的理论已经屹立两百多年，依然不倒。

那么接下来这两条方程其实是同一个意思的一体两面。第一个方程说的是：变化的磁场一定会感应出一个环形的电场。而电流或者变化的电场，又一定会感应出环形磁场。环形电场就是一个变化的电场。环形磁场会产生环形电场，环形电场又会产生环形磁场。如此循环往复，绵延千里，不会断绝，就像这幅图上显示出来的一样。

这就是电磁波。电磁波就是麦克斯韦的这两个方程推导出来的。注意，麦克斯韦在写出这个方程的时候，并不知道有电磁波的存在。他只是写出方程，预言一定有一个东西叫做电磁波，它会不断地传播下去。结果几十年后，另外一个叫赫兹的科学家真的发现了电磁波，验证了麦克斯韦的预言是正确的。

后来人们又意识到，原来我们看到的光也是一种电磁波。光就是电场和磁场之间的交替震荡，所以电磁波的本质就是电场加一个磁场，震动方向是互相垂直的——一个上下震动，一个左右震动。为什么我们的翻页笔能工作？因为他会发出电磁波。一按下去，电磁波发射出去，接收器接收到了信号，屏幕上就显示翻页了。它的源头就是麦克斯韦的麦氏方程组。