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电场在强度上发生衰减时,衰减的电场会自动产生磁场;磁场的强度发生衰减时,衰减的磁场会自动产生电场。
这个过程会一次接一次地持续下去,一旦开始,将永远在这种自我维持的电和磁的波动中进行下去。
根据麦克斯韦的理论,这种电磁波的速度只取决于两个参数:表征介质磁性能的磁导率和电性能的介电常数。
前一个用来衡量介质对磁场有多大的增强作用,也就是介质的回复力;后一个用来描述介质对电场有多强的削弱能力,也就是介质的惯性。
麦克斯韦知道,这两个量都可以通过真空实验测得。
但整个夏天,他都被困在格伦莱尔,手头没有那本包含相关实验结果数据的参考书——那本书就在国王学院的图书馆里。
所以,1862年10月的一个早上,麦克斯韦急着赶去国王学院,他甚至没有等到厨师端来早餐,就从肯辛顿大街跑去赶马车了。
伦敦的交通一直很糟糕,因此,在帕丁顿和法灵顿之间,一个全新的交通系统——伦敦地铁大都会线——正在建设中,麦克斯韦想不明白地下蒸汽火车的烟尘、蒸汽问题该怎么解决。
然而伦敦是世界上从未有过的城市,地下铁路肯定不是大都市中唯一的大规模工程项目,与此同时,伦敦大都会工程委员会(MetropolitanBoardofWorks)的总工程师约瑟夫·巴扎尔吉特(JosephBazalgette)也在负责建造一个庞大的地下排水系统。
马车抵达滑铁卢桥附近时,麦克斯韦下了车。
他闪避着斯特兰德大街上的行人,匆匆经过萨默塞特宫,来到国王学院。
在图书馆里,麦克斯韦很快就找到了那本参考书和数据,这些数据都是德国物理学家威廉·韦伯和鲁道夫·科尔劳施在实验中得出的。
把这些数据代入自己的理论,麦克斯韦得出了真空中电磁波的传播速度——193088英里秒(约310745千米秒)。
19世纪40年代末,法国物理学家希波吕特·费索(HipppolyteFizeau)对光速进行了实验室测量,得出的结果为每秒193118英里(约310793千米秒);麦克斯韦的计算结果与这个数值太接近了,不可能是巧合。
电和磁之间不仅有联系,电、磁和光之间也有联系!这是一个麦克斯韦事先并未预料到的非凡的发现,他的计算竟然证明了光是电场和磁场中的涟漪——电磁波,这太让人兴奋了。
事实上,在此之前,另一个人已经猜到了电、磁和光之间的联系,那个人就是法拉第。
1845年9月下旬,法拉第把一块硼硅酸盐铅玻璃放在磁性很强的电磁铁的南北两极之间,让一盏油灯的光穿过玻璃。
一打开电源,法拉第立即观察到了光的偏振变化。
[4]他兴高采烈地在笔记本上写道:“我成功地磁化了一束光。”
法拉第旋转是磁对光有影响的无可争辩的证据,这表明光本身在某种程度上是有磁性的。
而且,因为磁与电是相关联的,所以光在某种程度上也必然带电,这是合乎逻辑的。
“我碰巧发现了磁和光之间有直接联系,电和光之间也是如此,”
法拉第很有预见性地写道,“由此开辟的领域太广阔了,内容是如此丰富多彩。”
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独自待在地下室的实验室里,麦克斯韦想象着法拉第听到他证实了光和磁、电和光之间有联系后的反应,忍俊不禁。
他是站在巨人的肩膀上才证明了这一点的,而且没有人比法拉第更高了。
回到街上,麦克斯韦几乎没有注意到皮卡迪利大街上熙熙攘攘的人群,经过格林公园时还在思考这一发现的含义,他进入海德公园,朝九曲湖(SerpentineLake)走去。
麦克斯韦答应过妻子凯瑟琳会及时回家,然后和她一起去巴塞斯特马厩。
大多数下午,他们都会去骑马,麦克斯韦骑租来的马,妻子骑她那匹名叫查理的栗色矮种马,它是从格伦莱尔(Glenlair)通过火车长途运来的。
二人通常绕着肯辛顿宫花园(KensingtonPalas)和海德公园骑行,他们最喜欢的还是老家那段从格伦莱尔到乌尔老桥的路,但在烟雾弥漫的伦敦市中心,现在这条路已经是最好的了。
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