数学公式邮票中的物理内涵（二）

　　●麦克斯韦电磁方程——▽·D=ρ等
　　电磁方程组含有四个方程，不仅分别描述了电场和磁场的行为，也描述了它们之间的关系。由于其中除了高中物理中介绍的电场强度E、磁感应强度B外，还涉及高中学生所不熟悉的磁场强度日及电位移D，并涉及微分、积分、散度、旋度等高等数学运算，此处不便具体列出。四个方程分别表达了：电荷是如何产生电场的（高斯定理）；验证了磁单极子的不存在（高斯磁场定律）；电流和变化的电场是怎样产生磁场的（安培定律），以及变化的磁场是如何产生电场的（法拉第电磁感应定律）。最初形式的电磁方程组是由麦克斯韦建立的。
　　麦克斯韦（1831年6月13日～1879年11月5日）是英国物理学家、数学家，经典电动力学的创始人，统计物理学的奠基人之一。他出生于苏格兰爱丁堡，卒于剑桥。麦克斯韦主要从事电磁理论、分子物理学、统计物理学、光学、力学、弹性理论方面的研究。尤其是他建立的电磁场理论，将电学、磁学、光学统一起来，是19世纪物理学发展的最光辉的成果。在科学史上，麦克斯韦可与牛顿齐名。因为，牛顿把天上和地上的运动规律统一起来，实现了第一次大综合，而麦克斯韦则把电、光统一起来，实现了第二次大综合。麦克斯韦被普遍认为是对物理学最有影响力的物理学家之一。
　　在麦克斯韦以前的许多年间，人们就对电和磁这两个领域进行了广泛的研究，人们都知道这两者是密切相关的。适用于特定场合的各种电磁定律已被发现，但是在麦克斯韦之前却没有形成完整、统一的学说。当时，关于电磁现象的学说都以超距作用观念为基础。认为带电体、磁化体或载流导体之间的相互作用，都是可以超越中间媒质而直接进行，并立即完成的。即认为电磁扰动的传播速度是无限大。在那个时期，持不同意见的只有法拉第。他认为上述这些相互作用与中间媒质有关，是通过中间媒质的传递而进行的，即主张间递学说。
　　直至1845年，关于电磁现象的三个最基本的实验定律：库仑定律（1785年），毕奥一萨伐尔定律（1820年），法拉第定律（1831—1845年）已被总结出来。
　　麦克斯韦大约于1855年开始研究电磁学，在潜心研究了法拉第关于电磁学方面的新理论和思想之后，坚信法拉第的新理论包含着真理。于是他抱着给法拉第的理论“提供数学方法基础”的愿望，决心把法拉第的天才思想以清晰准确的数学形式表示出来。他在前人研究成果的基础上，参照流体力学的模型，应用严谨的数学形式总结了前人的工作，提出了位移电流的假说，推广了电流的含义，对整个电磁现象作了系统、全面的研究。在1855年至1864年的十年间，他凭借高深的数学造诣和丰富的想象力，接连发表了电磁场理论的三篇论文（《论法拉第的力线》、《论物理的力线》和《电磁场的动力学理论》），对前人和他自己的工作进行了综合概括，将电磁场理论用简洁、对称、完美数学形式表示出来。
　　不过，麦克斯韦1865年提出的最初形式的方程组由20个等式和20个变量组成。他在1873年尝试用四元数来表达，但未成功。现在所使用的数学形式是奥利弗·赫维赛德和约西亚·吉布斯于1884年以矢量分析的形式重新表达的。
　　1873年麦克斯韦出版了科学名著《电磁理论》，系统、全面、完美地阐述了电磁场理论。这部经典著作可与牛顿的《数学原理》（力学）、达尔文的《物种起源》（生物学）相提并论。
　　麦克斯韦电磁场理论的要点可以归结为：（1）几分立的带电体或电流，它们之间的一切电的及磁的作用都是通过它们之间的中间区域传递的，不论中间区域是真空还是实体物质；（2）电能或磁能不仅存在于带电体、磁化体或带电流物体中，其大部分分布在周围的电磁场中；（3）导体构成的电路若有中断处，电路中的傳导电流将由电介质中的位移电流补偿贯通，即全电流连续。且位移电流与其所产生的磁场的关系与传导电流的相同；（4）磁通量既无始点又无终点，即不存在磁荷；（5）光波也是电磁波。
　　麦克斯韦的这一理论成为经典物理学的重要支柱之一。据此，他预言了电磁波的存在，电磁波只可能是横波，并计算了电磁波的传播速度等于光速，揭示了光现象和电磁现象之间的联系。23年后，德国物理学家赫兹用实验证实了麦克斯韦关于电磁波的预测。麦克斯韦电磁场理论是无线广播的理论基础，也是爱因斯坦狭义相对论的重要背景。
　　此外，在热力学与统计物理学方面麦克斯韦也做出了重要贡献。他首次用统计规律得出麦克斯韦速度分布律，从而找到了由微观量求统计平均值的更确切的途径。他给出了分子按速度的分布函数的新推导方法，这种方法是以分析正向和反向碰撞为基础的。他引入了驰豫时间的概念，发展了一般形式的输运理论，并把它应用于扩散、热传导和气体内摩擦过程。“统计力学”这个术语也是由麦克斯韦引入的。
　　麦克斯韦是运用数学工具分析物理问题和精确地表述科学思想的大师，同时也非常重视实验。他1871年受聘为剑桥大学新设立的卡文迪许实验物理学教授，负责筹建著名的卡文迪许实验室，1874年建成后担任这个实验室的第一任主任。在他和以后几位主任的领导下，卡文迪许实验室发展成了举世闻名的学术中心之一。
　　麦克斯韦严谨的科学态度和科学研究方法是人类极其宝贵的精神财富，他的电磁学理论为电器时代奠定了基石，为近代科学技术开辟了一条崭新的道路爱因斯坦在麦克斯韦百年诞辰的纪念会上曾对他做出这样的高度评价：“麦克斯韦的工作是自牛顿以来，物理学上影响最深远与丰硕的工作。”
　　●爱因斯坦质能关系式——E=mc²
　　质能关系式E=mc²中，E为系统的总能量，m为系统的总质量，c为光速。这个关系式表示物质系统的质量和能量之间存在着等当关系。需要说明的是，这里的质量是广义的质量，包含静质量和各种能量中所对应的动质量；这里的能量也是广义的能量，包含静能和动能，其中静能指物体静止时具有的总能量，包括分子动能、分子势能，使原子与原子结合在一起的核能等。若物体的能量增加（或减少）AE，则其质量也相应增加（或减少）△m。质能关系式是由爱因斯坦首先发现的。

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