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第11章 走入歧途(第2页)

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(2)

我不准备为这个笑话道歉,就像迈克尔·法拉第也不会因为在物理学中引入“场”

而道歉。

如果没有场,我们就无法解释磁、电荷或引力。

更重要的是,场使我们能相互通信。

一个场还是两个场,牧师?

如果你拿一块磁铁上下摆动,会在磁场中创造一个垂直的波,但你创造的东西并不是只有这些。

法拉第发现,你的这一举动同时还在电场中产生了一个扰动,与原来的磁扰动呈直角。

然而,该电场的波动也会对磁场产生反作用。

磁场又会再次振动,从而扰动电场。

接下来,电场会继续投桃报李,不断地搅动磁场。

最开始你在磁场中创造了波。

当电场与磁场一起振动并相互干扰的时候,波也随之传播。

我们把这些波叫作“电磁波”

,在示意图中用起伏的曲线表示。

电场与磁场的指向呈90度角,如下图所示(电场是纵轴E上的波,磁场是横轴M上的波)。

把磁场和电场分开似乎不可能,因为当其中一个场振动时,另一个也会振动。

所以有时候我们会把它们统称为“电磁场”

,而不是相互关联的两个场。

你可以想象,用于描述这些交叠场的数学方法极其复杂。

空间中的每一个点都需要被赋值,这些值告诉我们该点将如何影响入射的粒子。

我们可以想象场中的每个点上都有一个微小的箭头(即“矢量”

),它指向粒子被推的方向。

我们必须考虑电场矢量和与之成直角的磁场矢量,它们都会影响入射粒子的运动。

现在想象一下,当你移动一个磁体,在电磁场中产生了一个波,会发生什么?追踪无穷多个箭头,每个箭头的方向和大小都在改变,并且会旋转90度。

这不是简单的任务,尤其是对法拉第来说,他根本没有在学校里学过数学,除了分数,他什么都不会。

当人们开始对场论提出质疑的时候,年轻的苏格兰物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦挺身而出,帮助法拉第计算出场论所需要的数学公式。

麦克斯韦方程有助于精确地预测电场和磁场的相互作用,而且方程与数据吻合。

法拉第对场的感情终于得到了回报,坦白说,这只是时间问题。

麦克斯韦方程也做出了一个惊人的预测。

它证明电磁波以极特殊的速度在空间中传播:299,792,458ms。

看起来很熟悉吗?当然,它就是光速。

光彩夺目

1864年某个周六的晚上(准确地说是4月11日),法拉第陪着他的朋友查尔斯·惠斯通去了皇家研究所的演讲厅。

本来惠斯通要做一个公开演讲,但他突然恐慌起来,撇下法拉第独自跑出了大楼。

为了不让听众失望,法拉第决定即兴演讲,阐述了他最近一直在思考的一个想法。

[1]

法拉第推测,粒子在物体内部舞蹈时,会产生电磁波,并向空间中传播,直到电磁波被我们的眼球截获,告知我们粒子的存在。

麦克斯韦方程与光速测量值太吻合了,这绝不是简单的巧合。

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