馬克士威方程組 

詹姆斯·馬克士威

馬克士威方程組(英語:Maxwell's equations),或稱馬克士威-黑維塞方程組(英語:Maxwell-Heaviside equations[1],是一組描述電場磁場電荷密度電流密度之間關係的偏微分方程。該方程組由四個方程式組成,分別是描述电荷如何产生电场的高斯定律、表明磁单极子不存在的高斯磁定律、解釋时变磁场如何产生电场的法拉第感应定律,以及說明电流和时变电场怎样产生磁场的麦克斯韦-安培定律。馬克士威方程組是因英国物理学家詹姆斯·馬克士威而命名[註 1]。馬克士威在19世紀60年代構想出這方程組的早期形式。[2]

在不同的領域會使用到不同形式的馬克士威方程組。例如,在高能物理學引力物理學裏,通常會用到時空表述的馬克士威方程組版本。這種表述建立於結合時間與空間在一起的愛因斯坦時空概念,而不是三維空間與第四維時間各自獨立展現的牛頓絕對時空概念。[3]:1ff愛因斯坦的時空表述明顯地符合狹義相對論廣義相對論[註 2]量子力學裏,基於電勢磁勢的馬克士威方程組版本比較獲人們青睞。[4]:33

自從20世紀中期以來,物理學者已明白馬克士威方程組不是精確规律,精確的描述需要藉助更能顯示背後物理基礎的量子電動力學理論,而馬克士威方程組只是它的一種經典場論近似。儘管如此,對於大多數日常生活中涉及的案例,通過馬克士威方程組計算獲得的解答跟精確解答的分歧甚為微小。而對於非經典光雙光子散射量子光學與許多其它與光子虛光子相關的現象,馬克士威方程組不能給出接近實際情況的解答。[4]:1[5]:9-13

從馬克士威方程組,可以推論出光波電磁波。馬克士威方程組和勞侖茲力方程式經典電磁學的基礎方程式。得益于這一組基礎方程式以及相關理論,許多現代的電力科技與電子科技得以被發明并快速發展。

  1. ^ Chew, W.C.; Tong, M.S.; Hu, B. Introduction to Computational Electromagnetics. Integral Equation Methods for Electromagnetic and Elastic Waves. 2009: 2. doi:10.1007/978-3-031-01707-0_1. 
  2. ^ Maxwell, J. C., A dynamical theory of the electromagnetic field (pdf), Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 1865, 155: 第459–512頁 [2016-10-02], (原始内容存档 (PDF)于2021-01-17) 
  3. ^ Rafael Ferraro. Einstein's Space-Time: An Introduction to Special and General Relativity. Springer Science & Business Media. 23 September 2007. ISBN 978-0-387-69947-9. 
  4. ^ 4.0 4.1 引证错误:没有为名为Bo2011的参考文献提供内容
  5. ^ 引证错误:没有为名为Jackson的参考文献提供内容


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