除了擁有豐富的物理知識、以及強有力的數學工具外,Maxwell構建電磁波理論的另一先決條件就是Maxwell内心強烈的創建電磁理論的激情。而Maxwell的激情來自何方?答案就是西學傳統。我們一起來看下西學的傳統,在《愛因斯坦文集》第一卷第574頁,提到:希臘哲學家發明的形式邏輯體系(在歐幾裡得幾何學中),例如:蘇格拉底三段論,蘇格拉底是人,人總是會死的,由此導出:蘇格拉底是會死的。還有就是:系統的實驗發現有可能找出因果關系(文藝複興時期),即西方兩個基本的學術傳統。一個是以歐幾裡得幾何學的邏輯體系為模本,追求構建解釋宇宙萬物的邏輯體系,注重體系的宏大及邏輯推理的嚴密,另一個是通過系統實驗找出因果關系。
西方學術傳統有幾個重要标志。一是公元前300年歐幾裡得的《幾何原本》,為基于亞裡士多德創立的邏輯學以及前人數學知識基礎,首先明确定義及公理,然後 由簡到繁,分13篇, 逐個證明467個命題,是西方育人的基本教材,相當于中國的四書五經。二是西歐中古黑暗時代之後的文藝複興。在文藝複興後,古希臘學術傳統大量用于自然規律的研究。接着,是公元後1687年牛頓的《自然哲學的數學原理》,他是仿照歐幾裡得《幾何原本》的陳述方式,利用力學三定律 萬有引力定律,邏輯推理解釋自然事實。然後開始深入思考學術傳統本身,有德國偉大的哲學家康德(mmanuel Kant, 1724~1804) ,在1781年《純粹理性的批判》 裡面提到偉大意義是:第一次指出了時間和空間觀念在這一學術傳統中的特殊地位,并且指出這一學術傳統不僅能揭示世界,更重要的是能創造世界。
而華夏的學術傳統,包含儒學、仁人、以及個人崇拜,思想啟蒙運動并未深刻開展。華夏學術傳統的兩個基本問題,在《論語》子張篇第十九中有子夏日:“博學而笃行,切問而近思,仁在其中矣”。
問題一:什麼樣的問題值得研究?與人類日常生活緊密相關的問題。
問題二:如何去研究?以博學求知。
華夏學術傳統的實用性原則有:中國經典名著多以記人事、論人事為主,與人生活密切相關,例如有四書五經、《史記》 、以及《資治通鑒》等。即使論述自然也不離人的生活,例如有《九章算術》 、《水經注》 、《夢溪筆談》 、以及《(本草綱目》等。若将學術傳統進行對比,西學傳統以提煉觀念,構建邏輯體系,進而以堅定的信念創造未來為基本特征,其長在于條例清晰,創造性極強;其短在于創造的觀念往往遠離人類生活,容易形而上,華而不實,以偏代全,誤入歧途,走向極端。中學傳統以博采、敏感、反複、熟練、溫故而知新,以達賞遊樂之境界為基本精神,其長在于不離人類健康生活的軌道,保證中庸而行;其短在于創造性薄弱。西學在科學領域尤為擅長;中學傳統似更适于技術和人文領域?我們不妨将麥克斯韋方程的建立過程進行如下總結:從電磁現象中提煉出最為本質的物理概念。接着将物理規律表象數學表述,或者直接從實驗中總結得出,并轉化為用本質物理概念的抽象數學表述語言。進而從考察數學表述系統的系統完備性中,提出對理論系統的修正、補充、推斷、預測及檢驗。這同樣适用于其他理論建立所經曆之過程。那麼,麥克斯韋的貢獻有哪些呢?首先,提煉出電磁現象中最為本質的電場與磁場概念。然後,依據物理概念,改寫了庫侖定律、安培定律和法拉第定律。特别是引入位移電流概念,補充成為安培一麥克斯 韋定律,也就是全電流定律。這裡我們直接給出積分形式的麥克斯韋方程組,然後由數學中的高斯定理和斯托克斯定理,容易得到微分形式的麥克斯韋方程組。我們看到,這是由兩個旋度方程、兩個散度方程、以及電流連續性方程所組成的。從中我們能夠感受到對稱之美和對偶之美。 這裡的電流連續性方程與低頻适用的克希霍夫電流定律(Kirchhoff Current sLaw, KCL) 不同,是嚴格正确的,也可以稱作“電荷守恒定律”。大家看,這裡也有一個負号。可理解為流出封閉面的電流,等于該封閉面所包圍體内的電荷的減少,這是一種守恒。由此,麥克斯韋于1862年在《論物理力線》中對電磁波作出預言,但遺憾的是,并未看到預言被證實,于1879年逝世。1887年,德國物理學家赫茲(Heinrich Rudolf Hertz, 1857~1894) ,通過實驗裝置,實驗檢驗了電磁波的存在,同時“天線”這一事物亦随之誕生。
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