4、电磁学与光学的统一：从法拉第到赫兹的传奇之旅

电磁学与光学的统一：从法拉第到赫兹的传奇之旅

1. 电磁感应与法拉第的贡献

在现代生活中，我们使用的一些电动牙刷采用了感应充电技术。充电器的磁芯产生变化的磁场，该磁场在牙刷中感应出变化的电场，进而产生电流为电池充电。这里的关键在于，充电器和牙刷无需接触，磁场和电场就能在空间中传递能量。

这背后的原理涉及到几位伟大科学家的发现。法拉第电磁感应定律指出，变化的磁场会在空间中感应出电场；富兰克林和库仑的定律表明，电荷会在真空中产生电场；安培定律则说明电流会在空间中感应出磁场。

法拉第不仅发现了电磁感应定律，还做出了另一个重要猜想。他预感电、磁和光学之间存在某种联系，猜测磁场可能会影响光的偏振。为此，他进行了相关实验，让光穿过置于螺线管内的玻璃棒，结果发现光的偏振角会随磁场强度的变化而旋转，这一现象被称为法拉第效应，至今仍应用于复杂的光学和激光系统中。

尽管法拉第有卓越的洞察力，但由于他只有六年级的教育水平，无法用数学来完善他的理论。1867年，75岁的法拉第因阿尔茨海默病在家中安详离世。此时，一位精通数学的天才——詹姆斯·克拉克·麦克斯韦正处于职业生涯的巅峰。

2. 麦克斯韦的理论突破

麦克斯韦是一位苏格兰数学家和物理学家，他并非实验家，但具有敏锐的数学物理思维。他在剑桥大学接受了数学和物理的专业训练，并最终担任伦敦国王学院自然哲学教授席位，在那里完成了许多著名的工作，包括统一光、电和磁的理论。

麦克斯韦经常参加比他年长40岁的法拉第的讲座，尽管当时法拉第已出现痴呆症状，但麦克斯韦从他的讲座和著作中汲取了足够的灵感。麦克斯韦做的第一件事是将所有已知的电和磁的定律整合为一组四个数学公式，即麦克斯韦方程组。