第744章 电磁基础理论

　　在欧美各国，科学研究不仅在科技圈内盛行，在整个社会都很受推崇。尤其是在欧洲，很多贵族、贵妇争相参加科学讲座，以掌握科学知识为荣。

　　重视科学研究，在某种程度上，也可看作是欧美各国加速近代化的重要原因。

　　在当今科学界，电学可谓是显学，但人类对电学的研究为时已久。1752年，美国开国先贤富兰克林曾做过一个大胆的实验：在雷雨天用风筝引电，证明闪电就是放电现象。

　　这个风筝实验很有名，许多科学家都很感兴趣，争相效仿。1753年7月，俄罗斯科学家利赫曼在实验中不幸遭电击身亡。

　　进入十九世纪后，人类电学研究开始加速。在此之前，欧洲科学家对电学已有认识，揭示了静电力基本特性、电荷守恒和静电感应三大原理。

　　但是，欧洲科学家只是猜想出了这三大原理，尚未经过定量化的科学验证。他们一直把电和磁作为独立的、互不相关的现象进行研究。电学权威如安培和毕奥等科学家，就曾一再断定，电和磁不会有任何联系

　　1807年，丹麦科学家奥斯特开始隐约地认识到电和磁之间存在某种联系。奥斯特致力于研究电与磁之间的关联，但一直找不出证据。

　　同一时期，1810年，意大利物理学家亚历山德罗·伏特发明了第一个可实用的电池。因为这个原因，法国皇帝拿破仑一世封他为伯爵。

　　1810年，对照中国纪元为清朝嘉庆十五年。这一年，中国仍是万马齐暗，可资记载的只有三件大事：京师查禁鸦片、朝议漕粮能否改为海运、增设广东水师提督衙门，加强广东海防。

　　1820年，丹麦科学家奥斯特在课堂上无意中发现，电流通电后，放置在电线旁的磁针发生了偏转。

　　这便是人类在电磁效应上的最初发现。当年，奥斯特撰写论文《磁针电抗作用实验》，在法国科学杂志《化学与物理学年鉴》上发表。

　　自此之后，人类在电磁方面的研究开始加速。1831年，法接第成功做出磁生电的实验。

　　到1858年，电磁现象三个最基本的实验定律：库仑定律、毕奥-萨伐尔定律、法拉第电磁感应定律已被总结出来。

　　光、电、磁之间存在着紧密的关联，得到了越来越多科学家的认可。但是，如何解释这种关联，如何证明这种关联，是一件科学难题。

　　当前，欧美最流行的理论是“超距作用说”。这种理论可以大致解释电磁现象，受到科学家们的追捧。

　　超距作用否认了电磁反应的复杂性，为了自圆其说，就发明出了“场”的概念，认为电磁通过场产生作用力。

　　这是一种差强人意，但经不起推敲的理论。直到1865年，天才的数学家麦克斯韦，发明了麦克斯韦方程组，才从数学角度论证出电磁的本质，揭示出光就是一种电磁现象。他把光、电、磁统一起来，建立了经典电磁学理论。

　　麦克斯韦的电磁学理论经过赫兹的实验验证，成为物理学界的主流理论，最终引领人类进入了电气时代。

　　杨烜是个穿越者，当然知道大名鼎鼎的麦克斯韦方程组。遗憾的是，这是一个复杂的方程式，数学推导的过程很艰涩。杨烜只依稀知道麦克斯韦的结论，并没学过如何推导麦克斯韦方程组，也不知道怎么推导。

　　偏偏，当前电学的关键，便是推导出这个麦克斯韦方程组，建立统一的电磁学基础理论，为光、电、磁的统一提供理论解释。

　　可行的方法有两个：一、集中全国最顶尖的数学家，从结论反推，攻克麦克斯韦方程组。二、从英国请来麦克斯韦。

　　詹姆斯·克拉克·麦克斯韦，出生于1831年，先后在爱丁堡大学、剑桥大学三一学院深造。如今，他正在苏格兰阿伯丁的马里沙尔学院担任自然哲学讲座教授。

　　把麦克斯韦请到中国，让他攻克最为核心的电磁学理论，并不是一件明智的事。杨烜甚至萌生过邪恶的念头，想派人刺杀麦克斯韦，确保帝国在电学方面后来居上。

　　电学研究所的高层，面对杨烜关于统一电磁理论的询问，不免有些心虚。李善兰、徐有壬、华蘅芳三人中，李善兰数学造诣最高，在研究所里地位最高。

　　（历史上，李善兰创立了二次平方根的幂级数展开式，即现在的“自然数幂求和公式”。这是19世纪中国数学界最重大的成就。）

　　李善兰硬着头皮，说道：“皇帝陛下，我们根据你的指示，正在努力推进这方面的研究。您说的四个方程式，有两个方程式很好理解，即高斯定律和高斯磁定律，可以直接从高斯数学中拿来就用。”

　　约翰·卡尔·弗里德里希·高斯，是德国大数学家，生于1777年，卒于1855年。高斯有“数学王子”之称，是人类历史上迄今为止最重要的数学家之一。

　　杨烜接过话，说道：“不错。这两个方程式都是现成的，可以拿来就用。高斯定律可以描述电场的性质，高斯磁定律可以描述磁场的性质。

　　“还有两个方程式，一个要用来描述变化的磁场激发电场的规律，另一个要用来描述传导电流和变化的电场激发磁场的规律。

　　“有这四个方程式，就足以建立一个统一的电磁理论，把电、磁、光现象归于一统。第三个方程式最为重要，主要解释出法拉第电磁感应定律。

　　“英国科学家法拉第出身穷苦，没有受过系统教育，自学成才。他是个电学天才，引入了电场、磁场、电力线、磁力线的概念，打破了超距作用学说。

　　“但是，法拉第重实验轻理论，不能从数学上论证他发现的磁光效应、电磁感应。我们要做的，就是想办法在数学上做出完美的论证。

　　“第四个方程式，可以揭示出，如何使用电场制造磁场。一是使用传导电流，借助安培定律即可。另一种靠时变电场，或称之为位移电流。

　　“我可以明白无误地告诉大家，这四个方程式，可以揭示出当前电磁学的普遍规律。我们当前所发明的语音电话、交流发电机、电动机、变压器等电磁设备，大部分要靠长时间的、相对盲目的反复实验。

　　“弄通这四个方程式后，我们可以针对性更强的发明、优化电磁设备，可以创造欧美国家所没有的、所不曾设想的新发明。

　　“譬如，可以不依赖电报线的无线电报，可以保存声音的录音机，可以为工厂提供电力的大功率电动机，可以熔化金属的超强电磁场。

　　“这四个方程式，如果从正面不好论证，不妨反其道而行之，从结论上入手。相关结论，我已经叙述给大家了。

　　“大家要相信，我的结论绝对是正确的。不要质疑我的结论，不要走弯路。我再强调一下，光、电、磁，本质是一样的。光波就是电磁波，光的传播速度即为电磁波传播速度，为每秒钟三十万公里。

　　“能量是守恒的，动量是守恒的，电荷也是守恒的。磁通量的变化率越大，感应电动势越大，外界做功的能力也越大。

　　“电磁场是无限的，磁通量可以做得很大。那么，一旦电能得到实用，将爆发出巨大的能量。电能将远远胜过蒸汽动力，带动工业实现腾飞。

　　“……”

　　杨烜心里还装着很多点子，包括量子力学、相对论、质能公式等。但这些都不适用于现在，只能等日后再向属下透露。.


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