如果說要評選人類文明以來最偉大的公式，那么麥克斯韋方程組可以說是毫無疑問的第一，麥克斯韋的公式融合了高斯磁定律、高斯定理、法拉第定律、安培定律，這個(gè)方程組是人類歷史上空前絕后的物理學(xué)大一統(tǒng)。它被評價(jià)為“一般地，宇宙間任何的電磁現(xiàn)象，皆可由此方程組解釋?！保』卮瘥溈怂鬼f方程組到底有幾個(gè)公式，可以說是考驗(yàn)一名物理研究者是否合格的究極神器。

即使像愛因斯坦這樣偉大的科學(xué)家，都在緊跟麥克斯韋的腳步，想要更進(jìn)一步，致力于尋找一種統(tǒng)一的理論來解釋所有相互作用，進(jìn)而解釋宇宙的一切物理現(xiàn)象。 雖然他并沒有成功，但是建立統(tǒng)一理論的思想?yún)s始終吸引著成千上萬的物理學(xué)家們…而這一切，就像我說的，都是源自麥克斯韋方程～

那麥克斯韋方程組究竟是怎么樣的呢？我們先來聊聊麥克斯韋這個(gè)人。

在物理學(xué)的殿堂劍橋大學(xué)三一學(xué)院。這里誕生了許多在時(shí)代中具有重大影響的科學(xué)家，其中就包括麥克斯韋。

麥克斯韋在三一學(xué)院期間，他開始正式研究法拉第的《電學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究》，18世紀(jì)五十年代，電學(xué)的研究主要進(jìn)入了兩個(gè)階段，一是韋伯在牛頓的“超距作用”的傳統(tǒng)觀念基礎(chǔ)下所做的綜合二就是法拉第的力線學(xué)說。

可惜法拉第的數(shù)學(xué)水平不高，都是使用的直觀的形式來表達(dá)，而并非嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬚撟C。所以微博的學(xué)說大行其道！

麥克斯韋在潛心研究了法拉第關(guān)于電磁學(xué)方面的新理論和思想之后，堅(jiān)信法拉第的新理論包含著真理。于是他抱著給法拉第的理論“提供數(shù)學(xué)方法基礎(chǔ)”的愿望，決心把法拉第的天才思想以清晰準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)形式表示出來。

在經(jīng)過十幾年的研究之后，1873年麥克斯韋于1873年出版了科學(xué)名著《電磁理論》。系統(tǒng)、全面、完美地闡述了電磁場理論。這一理論成為經(jīng)典物理學(xué)的重要支柱之一。他還預(yù)言了電磁波的存在，電磁波的存在也正式敲開了現(xiàn)代無線通信的大門。

他建立的電磁場理論，將電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)統(tǒng)一起來，是19世紀(jì)物理學(xué)發(fā)展的最光輝的成果，是科學(xué)史上最偉大的綜合之一?？梢哉f，沒有電磁學(xué)就沒有現(xiàn)代電工學(xué)，也就不可能有現(xiàn)代文明。

而麥克斯韋為了把電磁場理論由介質(zhì)推廣到空間，假設(shè)在空間存在一種動(dòng)力學(xué)以太，它有一定的密度，具有能量和動(dòng)量：它的動(dòng)能體現(xiàn)磁的性質(zhì)，勢能體現(xiàn)電的性質(zhì)，它的動(dòng)量是電磁最基本的量，表示電磁場的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)和傳力的特征。在1865年，他提出了一共包含20個(gè)變量的20個(gè)方程式，即著名的麥克斯韋方程組。他在1873年嘗試用四元數(shù)來表達(dá)，但未成功！

在當(dāng)時(shí)，麥克斯韋卻的學(xué)說卻并沒有得到承認(rèn)，正如當(dāng)初大家把亞里士多德的著作奉為神典永無錯(cuò)漏一般，18世紀(jì)的科學(xué)家也將牛頓奉為神明。

麥克斯韋為了推廣自己的電磁學(xué)理論，最終積勞成疾，在1789年不幸逝世，所以到去世也沒有將自己構(gòu)想的公式完美地表達(dá)出來。

直到1884年，奧利弗·赫維賽德和約西亞·吉布斯以矢量分析的形式重新表達(dá)，才有了現(xiàn)在我們所看到的麥克斯韋方程組！

奧利弗·赫維賽德也是一個(gè)傳奇，他因?yàn)榛加行杉t熱，耳朵聽不清楚，卻自學(xué)成才，他將麥克斯韋付出由四元數(shù)改為矢量，將原來20條方程減到4條微分方程。

而吉布斯則奠定了化學(xué)熱力學(xué)的基礎(chǔ)，他創(chuàng)立了向量分析并將其引入數(shù)學(xué)物理之中，更將麥克斯韋方程組引入物理光學(xué)的研究。這兩個(gè)人合理構(gòu)建了我們現(xiàn)在所看到的麥克斯韋表達(dá)形式！

麥克斯韋方程組，準(zhǔn)確地描繪出電磁場的特性及其相互作用的關(guān)系。這樣他就把混亂紛紜的現(xiàn)象歸納成為一種統(tǒng)一完整的學(xué)說。麥克斯韋方程在理論和應(yīng)用科學(xué)上都已經(jīng)廣泛應(yīng)用一個(gè)世紀(jì)，可以說麥克斯韋方程組構(gòu)建了現(xiàn)代文明的基石。

麥克斯韋一般主要有積分形式和微分形式，其中方程組中H為磁場強(qiáng)度,D為電通量密度,E為電場強(qiáng)度，B為磁通密度。J為電流密度,，ρ為電荷密度。在采用其他單位制時(shí),方程中有些項(xiàng)將出現(xiàn)一常數(shù)因子,如光速c等。

積分形式的麥克斯韋方程組是描述電磁場在某一體積或某一面積內(nèi)的數(shù)學(xué)模型，其中第一個(gè)公式式是由安培環(huán)路定律推廣而得的全電流定律，第二個(gè)公式是法拉第電磁感應(yīng)定律的表達(dá)式，第三個(gè)公式是表示磁通連續(xù)性原理，最后一個(gè)公式是高斯定律的表達(dá)式。

麥克斯韋方程組的積分形式既描述了電場的性質(zhì)，也描述了磁場的性質(zhì)，也描述了變化的磁場激發(fā)電場的規(guī)律，更描述了傳導(dǎo)電流和變化的電場激發(fā)磁場的規(guī)律。

它反映了空間某區(qū)域的電磁場量(D、E、B、H)和場源(電荷q、電流I)之間的關(guān)系。在電磁場的實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常要知道空間逐點(diǎn)的電磁場量和電荷、電流之間的關(guān)系。而微分形式就是麥克斯韋方程組積分形式在數(shù)學(xué)形式下的轉(zhuǎn)化！

這就是說，實(shí)際上麥克斯韋的工作已經(jīng)沖破經(jīng)典物理學(xué)和經(jīng)典數(shù)學(xué)的框架，只是由于當(dāng)時(shí)的歷史條件，人們?nèi)匀恢荒軓呐ｎD的經(jīng)典數(shù)學(xué)和力學(xué)的框架去理解電磁場理論，這也是為什么當(dāng)時(shí)大家并不了解麥克斯韋電磁學(xué)理論的原因。

直到赫茲經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，發(fā)明了一種電波環(huán)，用這種電波環(huán)作了一系列的實(shí)驗(yàn)，終于在1888年發(fā)現(xiàn)了人們懷疑和期待已久的電磁波。

赫茲的實(shí)驗(yàn)公布后，轟動(dòng)了全世界的科學(xué)界，由法拉第開創(chuàng)、麥克斯韋總結(jié)的電磁理論，至此才取得了決定性的勝利。

物理學(xué)歷史上認(rèn)為牛頓的經(jīng)典力學(xué)打開了機(jī)械時(shí)代的大門，而麥克斯韋電磁學(xué)理論則為電氣時(shí)代邁向現(xiàn)代文明奠定了基石，其中麥克斯韋電磁學(xué)理論的核心就是麥克斯韋方程。

隨著物理學(xué)的不斷發(fā)展，大家也愈發(fā)地認(rèn)識到這個(gè)方程組的偉大，在這個(gè)方程組中延伸出來的“場”概念，使當(dāng)時(shí)許多物理學(xué)家得以從牛頓“超距觀念”的束縛中擺脫出來，普遍地接受了電磁作用和引力作用都是“近距作用”的思想。愛因斯狹義相對論的建立,基于麥克斯韋的電磁場理論(根據(jù)光速不變性和真空中麥克斯韋方程)。

1879年是麥克斯韋逝世的一年,又是愛因斯坦誕生的一年。這真的是一個(gè)有趣的巧合。

它所揭示出的電磁相互作用的完美統(tǒng)一，為物理學(xué)家樹立了這樣一種信念：物質(zhì)的各種相互作用在更高層次上應(yīng)該是統(tǒng)一的。

這也是為什么自量子力學(xué)和相對論誕生以來的100多年，無數(shù)科學(xué)家想把二者融為一體。

這也是為什么大家都認(rèn)為麥克斯韋方程組是世界上最完美的公式的原因。