关于Maxwell方程组（ME）的早期研究

宏伟的物理学大厦其实是建筑在三块基石之上：Newton的经典力学（Newton′s Classical Mechanics)，Max‑well的经典电动力学（Maxwell′s Classical Electrodynamics)，以及多人建立的量子力学和量子电动力学（Quan‑tum Mechanics and Quantum Electrodynamics)。对于经典电磁场理论的渊源，文献［32］有很好的总结；它认为Maxwell方程组的形成来自4个方面：

——静电学：Coulomb➝Poisson➝Gauss➝Maxwell;——流电学：Galvani➝Volta➝Ohm➝Maxwell;

——电动力学：Ampere➝Newman➝Weber➝Maxwell;

Austead➝Biot‑Savart➝Maxwell;

——电磁感应与场论：Faraday➝Kelvin➝Maxwell;

最后都汇集到Maxwell。1865年是Maxwell创造力旺盛的年份（34岁)，他一方面消化、总结前人的工作，又加进自己的创新理念（位移电流)，终于成就了一块物理学大厦的基石，即ME。

Maxwell于1865年提出的电磁场方程组全为微分形式，共20个标量方程。按照他当时的说法，ME包含了以下概念：电荷量、电势、传导电流、电位移、全电流、磁力（磁场强度)、电磁动量等。其中所谓电磁动量就是后来的矢势（vector potential）A。

人们都熟悉H.Hertz用实验发现电磁波从而证实了Maxwell的预言，但不清楚Hertz在理论上对ME的贡献。因此有必要对Hertz其人其事作简要的介绍，这也有助于了解Maxwell所处的时代。德国物理学家H.Hertz(1857‑1894）的生命比Maxwell还要短促，但却像流星般光亮地飞过历史的天空，令人不能忘怀。Hertz生于汉堡，23岁时毕业于柏林大学。他是著名物理学家H.Helmholtz(1821‑1894）的学生，毕业后即担任Helmholtz教授的助教。正是这位业师建议他对Maxwell的学说作理论和实验研究；而且，在1870年Helmholtz提出了媒质极化的概念。

在当时的欧洲科学界，有一个大问题是：Maxwell的理论究竟对不对?1879年至1883年期间，Hertz一直在思考和研究这个问题。1885年Hertz成为Karlsruhe高等工业学校的教授，这里设备较好，因而他能在1887年用实验证明电磁波确实存在。实验以不同方式进行过多次，都获得成功。据查证，Hertz在1888年发表过两篇论文，都提到他产生的电磁波波长是2.8m。1889年发表的文章提到的波长是4.8m、2.8m；同年的另一篇文章说波长为4‑5m、66 cm、58 cm等。这些论文都发表在权威性的德文刊物《Annalen der Physik》上。

在理论上他也作了许多研究。1889年Hertz发表“论Maxwell电磁学基本方程”论文；又在1888年、1890年发表论文，讨论如何改进ME。当然不仅是Hertz，其他还有H.Lorentz等著名物理学家参与讨论。在尊重Maxwell的原始发明权的基础上，加以提炼、总结和综合，形成了最终的以4个矢量微分方程的组合，这就是后人非常熟悉的ME标准形式［见本文（1)、(2)、(3)、(4）式］。

但是，在不同单位制中，ME的形式不完全相同。例如在Gauss单位制中，ME的形式为

其他单位制时的ME形式请见文献［12］。