蔡承颖

个人信息

Personal information

教授     博士生导师     硕士生导师

性别:男

在职信息:在职

所在单位:电气与电子工程学院

学历:研究生(博士)毕业

学位:理学博士学位

毕业院校:Virginia Tech

学科:电工理论与新技术
曾获荣誉:
2015    Jefferson Science Associate Graduate Fellowship
2014    Jefferson Science Associate Graduate Fellowship
2016    Wan-Zia Scholarship, Department of Physics, Virginia Tech

教师博客

为什么麦克斯韦电磁理论这么难?
发布时间:2020-11-09  点击次数:

根据英裔美国物理学家弗里曼戴森 (Freeman J. Dyson, 1923-),或许这个问题可能归因于以下几点:


1. 数学上的困难: 早期数学表述过于复杂,相对于人们熟知的牛顿力学 F = ma。多亏后来的数学物理学家, 麦克斯韦的电磁理论通过矢量分析已大大化简。

2. 直觉上的困难: 早期发展的电磁理论仍不脱离机械观, 因此时常可见将电场、磁场与电荷、电流等物理量与机械应力对照。一直要到后来人们接受放弃机械观, 而采取“场”的思维时,麦克斯韦的电磁理论才开始变得较容易理解。

3. 结构上的困难: Dyson 提出的“双层结构理论(two-layer structure): 第一层是物质世界的基本组成, 由场建构。第二层则是人们能触及、测量的,以力、 能量等方式呈现。第二层的物理量可以视为是第一层物理量的 () 线性或二次式组成的形式。


类似的困难也出现在量子力学的理论。拿以奥地利物理学家薛定谔 (Erwin Schroedinger, 1887-1961) 提出的波函数为概念的量子力学,普通物理学过,只有波函数的平方才有对应的实质物理意义,隐含了上述的“双层结构”。


从前沿角度看,麦克斯韦电磁理论的影响不仅能用来解释电与磁现象,更深远的影响在于它提升了过去牛顿力学的机械观,成为以“场”为中心的理论架构与“双层结构”的分析观点。后来二十世纪的相对论、量子力学、与规范场论等都是在这种思维下获得成功的例子。


更详尽的讨论,见 F.J. Dyson的 Why is Maxwell’s theory so hard to understand? 一文,链接 http://www.clerkmaxwellfoundation.org/DysonFreemanArticle.pdf