麦克斯韦的理论中，假如知道了场在某一时刻的情况，便可以根据这个理论的方程推出整个场在空间和时间中会怎样变化

我们记得在力学中只要知道了一个粒子在某一时刻的位置和
速度，又知道了作用于它的力，便可以预知这个粒子的未来的行
经路程。在麦克斯韦的理论中，假如知道了场在某一时刻的情
况，便可以根据这个理论的方程推出整个场在空间和时间中会怎
样变化。麦克斯韦方程使我们能够了解场的来历，正如力学方程
能使我们了解物质粒子的来历一样。
　　但是在力学定律和麦克斯韦定律之间仍然有一个重要的不同
点，把牛顿的引力定律和麦克斯韦的场定律作一比较，便更能显
出这些方程所表达的一些特色来。
　　利用牛顿定律，我们就可以从作用于太阳和地球之间的力，
把地球的运动推论出来。这个定律使地球的运动跟远离地球的太
阳的作用联系在一起了。地球和太阳虽然相隔很远，但在力的表
演中它们都是演员。
　　在麦克斯韦的理论中，根本没有这种具体的演员。这个理论
的数学方程表述了电磁场的定律。它们不像牛顿定律中那样联系
两个相隔很远的事件，它们不是把此处所发生的事情跟彼处的条
件联系起来，此处的与现在的场只与最邻近的以及刚过去的场发
生关系。假使我们知道此处和现在所发生的事件，这些方程便可
以帮助我们预测在空间上稍为远一些。在时间上稍为迟一些会发
生什么。它们能使我们用一些小步骤来增加场的知识，把这些小
步骤加起来，我们便可以由远处所发生的事件推出此处所发生的
事件。牛顿的理论恰恰相反，它只允许把距离很远的事件联系起
来的大步骤。奥斯特和法拉第的实验都可以用麦克斯韦的理论来
加以重演，但是只能用把一些小步骤总加起来的办法，而每一个
小步骤都是由麦克斯韦方程确定的。
　　如果从数学上更全面地对麦克斯韦方程加以研究就能推出一
些新的实际上是出乎意料之外的结论，而使这整个理论在一个更
高的水平上受到考验，因为这些理论上的结果，现在已具有定量
的性质，而且是由一系列的逻辑推理得出来的。
　　我们再来设想一个理想实验，用某种外部影响迫使一个带有
电荷的小圆球很快而且有韵律地像钟摆一样振荡起来。根据我们
已经具备的关于场的变化的知识，我们怎样用场的语言来描写这
里所讨论的一切事情呢？
　　带电体的振荡产生了一个变化的电场，它总是由一个变化的
磁场伴随着的。假如把一个形成闭合电路的导线放在附近，于是
与变化的磁场相伴而发生的便是电路中的电流。这些话无非是复
述已知的论据，但是研究麦克斯韦方程以后，对振荡带电体的问
题便会有一种更深的了解。根据麦克斯韦方程所作的数学推理，
我们便可以发现围绕在一个振荡带电体周围的场的性质。它在场
源近处和远处的结构以及它随时间的变化。这种推理的结果就是
电磁波。能是从振动的带电体中以一定的速率经过空间而辐射出
去的，能的转移，状态的运动，是一切波动现象的特性。
　　我们已经研究过几种不同的波，其中有由圆球的脉动所产生
的纵波，它的密度的变化由介质传播。又有一种胶状的介质，横
波就是在这种介质中传播的，由于圆球的转动而引起球面上的胶
状物的形变，这种形变在介质中向外传播。但是现在在电磁波的
例子中，传播的是哪一类变化呢？这正是一个电磁场的变化。电
场的每一次变化都产生磁场，这个磁场的每一次变化又产生电
场，就这样一次一次地反复变化下去。因为场代表能，所以所有
这些在空间中以一定速度传播的变化就形成一个波。从理论可以
推出，这些磁力线与电力线都处在与传播方向相垂直的平面上，
因此所形成的波是横波。我们从奥斯特和法拉第的实验中所构成
的场的图景的原来面貌仍然保留不变，但是我们现在来看它就具
有更深远的意义了。
　　电磁波是在空间传播的，这又是一个麦克斯韦理论的结果。
假使振动着的带电体突然停止运动，它的场便变成静电场了。但
是由带电体振动所产生的一系列波还是继续在传播。这些波独立。
地存在着，而我们可以像了解任何其他具体事物的过程一样来研
究它们变化的过程。
　　由于麦克斯韦方程是描述电磁场在空间中任何一点、在任何
时刻的情况的，这样就导出如下的结论：电磁波是在空间中以一
定的速度传播，并随着时间而变化的。
　　还有另外一个非常重要的问题，电磁波在空中是以多大的速
率传播的呢？麦克斯韦的理论，在一些与波的实际传播完全无关
的简单实验中的数据的支持下，作了一个明确的答复：电磁波的
递度等于光速。
　　奥斯特和法拉第的实验是建立麦克斯韦定律的根据。上面所
有的结果都是由于仔细地研究了用场的语言来表述的定律中得来
的。从理论上发现以光速传播的电磁波，这是科学史上最伟大的
成就之一。
　　实验确认了理论的预测，５０年前赫兹第一次证明了电磁波
的存在，而且用实验证明了它的速度等于光速。今天，千千万万
人都已经知道电磁波的发送和接收。他们所用的仪器已经比赫兹
所用的要复杂得多，这些仪器甚至能在离波源几千公里处发现波
的存在，而当时赫兹的仪器只能在几米以外发现它。