Dijo: "Lo que la mente de Faraday vio fueron líneas de fuerza magnética que recorrieron todo el espacio, mientras que los matemáticos sólo vieron el centro de atracción en la distancia; Faraday vio el medio, y los matemáticos sólo vieron la distancia; Faraday Se cree que los fenómenos son efectos reales que ocurren en el medio, mientras que los matemáticos se conforman con descubrir fuerzas a distancia que actúan sobre los fluidos eléctricos "
La idea de Faraday de las líneas de fuerza atrajo profundamente a Maxwell. y le dejó una impresión muy impresionada. En recuerdos posteriores, habló de cómo "leyó la descripción de Faraday de sus experimentos sobre inducción electromagnética con profunda reverencia y devoción" y dijo: "Los maravillosos ejemplos de la existencia de líneas de fuerza magnéticas proporcionados por los experimentos de Faraday me convencieron de la existencia de líneas de fuerza magnéticas es algo que realmente existe." Maxwell más tarde hizo más confesiones sobre esto en "La Teoría General de los Campos Electromagnéticos". Escribió: "Emprendí la escritura de este libro principalmente con el deseo de proporcionar una base matemática para las ideas de Faraday".
Maxwell dio una descripción matemática precisa de las líneas del campo magnético de Faraday por analogía, y utilizó Basado en Experimentos electromagnéticos y principios dinámicos, gracias a sus propios esfuerzos, finalmente estableció la ecuación del campo electromagnético. El establecimiento de la teoría del campo electromagnético de Maxwell nos ha proporcionado una gran cantidad de métodos.
(1) Revelar la conexión interna de los fenómenos físicos a través de la analogía.
La analogía suele referirse a estudiar las similitudes en propiedades o relaciones entre dos tipos de objetos, e inferir sobre esta base que a partir de las propiedades y relaciones conocidas de un tipo de objeto, podemos inferir las de otro tipo de Objeto. Algunos atributos y relaciones desconocidos, por lo que es una forma de pensar de especial a especial. Desempeña un papel importante en la investigación científica, inspirando el pensamiento y allanando el camino para nuevas exploraciones científicas.
Maxwell señaló: "Una analogía física es utilizar la similitud parcial entre una ley científica y otra ley científica para usar una para explicar la otra". "Las analogías pueden comunicar métodos de investigación en diferentes campos, proporcionar un medio entre formas abstractas analíticas e hipótesis, inspirar nuevas ideas físicas y ayudar a las personas a comprender y descubrir algunos procesos y leyes físicas que aún no se han estudiado".
Maxwell se inspiró en la analogía de W. Thomson (1824-1907, Kelvin, l.). En "Sobre las líneas de fuerza de Faraday", para dar un tratamiento preciso del concepto de Faraday, utilizó una analogía para comparar las líneas de fuerza con las líneas de corriente de un fluido incompresible. Debido a que la dirección de la velocidad del fluido es la misma que la dirección tangente de la línea de corriente y es inversamente proporcional al área de la sección transversal del tubo de flujo, la magnitud de la fuerza es inversamente proporcional al área de la sección transversal de el tubo de fuerza, lo que da como resultado una geometría que expresa tanto la magnitud como la dirección de la fuerza. Debido a que en un medio uniforme infinito isotrópico, la velocidad a una distancia f de la fuente de fluido es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia, la intensidad del campo eléctrico generado por una carga puntual corresponde a la velocidad generada por la fuente de fluido en el líquido. A partir de estas analogías, Maxwell concluyó que la presión en un fluido corresponde al potencial electrostático y el gradiente de presión en el fluido corresponde al gradiente de potencial eléctrico. Declaró claramente que debido a la presencia de resistencia en un conductor, para producir una corriente estable en un circuito cerrado, también debe haber una fuerza electromotriz.
Maxwell comparó el campo eléctrico y el campo de velocidades, y estableció la cantidad electromagnética basándose en algunos principios básicos del electromagnetismo (como la ley de Ohm, el teorema del bucle de Ampere) basándose en el procesamiento matemático preciso de las líneas del campo magnético de Faraday. La interrelación entre ellos utiliza cantidades claramente definidas como flujo, circulación, divergencia y curvatura para describir los cambios en los campos eléctricos y magnéticos en el espacio, y establece las ecuaciones básicas del campo electromagnético.
(2) Utilizar un lenguaje matemático preciso para establecer la teoría del campo electromagnético;
El lenguaje matemático conciso y preciso es una forma importante de expresar conceptos y teorías científicas, un requisito para el desarrollo científico, y un signo de madurez científica uno de los signos. Como dijo Marx: "Una ciencia sólo puede ser perfecta si utiliza con éxito las matemáticas". Con el avance de la ciencia y la tecnología, el desarrollo de la ciencia moderna es cada vez más cuantitativo. Sólo las descripciones matemáticas cuantitativas pueden resistir las pruebas experimentales en términos de cantidad, y también podemos descubrir deficiencias teóricas y métodos de mejora a partir de diferencias sutiles en cantidad. Con su profunda base matemática y sus hábiles habilidades matemáticas, Maxwell finalmente expresó sus ideas, modelos e imágenes en las ecuaciones básicas del campo electromagnético.
En "Sobre las líneas de campo magnético de Faraday", Maxwell expresó los conceptos de tensión eléctrica y líneas de campo magnético de Faraday en lenguaje matemático, introdujo el concepto de campo eléctrico inducido y dedujo la relación entre el campo eléctrico inducido y el campo magnético cambiante. campo. En "Líneas de fuerza física", utilizó el modelo de vórtice molecular para derivar la fórmula de las ondas que se propagan a la velocidad de la luz en materiales de vórtice, reveló la relación entre los fenómenos electromagnéticos y los fenómenos luminosos e hizo la predicción de que la luz es una onda electromagnética. En "La teoría dinámica de los campos electromagnéticos", estableció el concepto de campo, introdujo el concepto de corriente de desplazamiento, derivó el teorema de la corriente total basado en los principios básicos del electromagnetismo (teorema de Gauss y la ley de conservación de la carga), y Finalmente estableció la ecuación básica del campo electromagnético.
El uso de un lenguaje matemático preciso y cuantitativo para describir conceptos físicos queda plenamente reflejado en las obras de Maxwell. Utilizó el método axiomático de las matemáticas para clasificar de manera integral los logros de sus predecesores y sistematizar, formalizar y estandarizar la teoría. Sus ecuaciones de campo electromagnético son un ejemplo de teorías científicas axiomatizantes. Einstein e Infield comentaron en su libro “La evolución de la física”: “La formulación de estas ecuaciones es uno de los acontecimientos más importantes de la física desde la época de Newton, no sólo por su rico contenido, sino también porque constituye”
Vale la pena señalar que, como maestro de la física matemática, Maxwell concedía gran importancia a la combinación de teoría matemática y experimentos físicos. Dijo: "El conocimiento de la ciencia física obtenido mediante la combinación del análisis matemático y la investigación experimental es más sólido, beneficioso y firme que el que puede poseer un simple experimentador o un simple matemático. En 1874, fundó El mundo". El famoso Laboratorio Cavendish, y personalmente fue el primer director, estableció un buen estilo académico. En su discurso inaugural, afirmó: "Las herramientas habituales -pluma, tinta y papel- no serán suficientes. Necesitaremos más espacio que el aula, más superficie que la pizarra". " física que todavía domina las universidades británicas conservadoras. Consideró el laboratorio como una "escuela de crítica científica" y abogó por utilizar el poder colectivo para completar la investigación científica. Esta es la forma básica y el germen de los futuros métodos de investigación en ciencias naturales.
Maxwell y Faraday son dos superestrellas en la historia del electromagnetismo moderno. Ambos han logrado un gran éxito en el campo del electromagnetismo. Aunque sus métodos y estilos científicos eran muy diferentes, Maxwell no menospreció el estilo de Faraday. Una vez dijo: "Debido a que existen diferentes tipos de mentes humanas, las verdades científicas también deberían tener diferentes formas de expresión. Ya sea que explique sus colores brillantes de una manera física directa o los exprese con símbolos simples e inocentes, debe considerarse como igualmente científico". .” Maxwell mantuvo un carácter noble de modestia y prudencia durante toda su vida. Una vez creyó que, en comparación con Faraday, él era solo una pluma y escribió los destacados pensamientos científicos de Faraday. Einstein alguna vez los llamó compañeros científicos, como Tycho y Kepler en astronomía.
Einstein también profundizó en la influencia de Maxwell en el desarrollo del concepto de realidad física. Dijo: "La creencia en que existe un mundo exterior independiente y alejado del sujeto perceptivo es la base de todas las ciencias naturales". Pero los conceptos que la gente tiene sobre la realidad física no son en modo alguno estáticos. De hecho, ha sufrido profundos cambios a lo largo de la historia. Einstein señaló que para Newton las partículas eran la única forma, la única representación de la realidad. Esta visión
Es de naturaleza atomista y mecanicista. Todos los acontecimientos deberían explicarse mecánicamente, es decir, como partículas que se mueven enteramente de acuerdo con las leyes del movimiento de Newton.
Pero en opinión de Faraday y Maxwell, la física está representada por un campo continuo y no puede explicarse mediante la mecánica. Este cambio en el concepto de realidad es el cambio más profundo y fructífero en la física desde Newton. Einstein también comentó: "Desde que Newton sentó las bases de la física teórica, la base axiomática de la física; en otras palabras, los mayores cambios en nuestra concepción de las estructuras reales fueron causados por los trabajos de Faraday y Maxwell sobre los fenómenos electromagnéticos, Planck, el fundador de la teoría cuántica, señaló: "El nombre de Maxwell siempre estará grabado en la puerta de los físicos clásicos y brillará para siempre". En términos de su lugar de nacimiento, personalmente pertenece a Edimburgo, en términos de méritos. él pertenece al mundo. "