他預言了電磁波的存在。這個理論被預言並被實驗充分驗證。他樹立了壹座物理學紀念碑。造福人類的無線電技術是在電磁場理論的基礎上發展起來的。麥克斯韋在1855左右開始研究電磁學。在研究了法拉第關於電磁學的新理論和思想後，他堅信法拉第的新理論包含真理。於是他抱著為法拉第的理論“提供數學方法基礎”的願望，決心用清晰準確的數學形式表達法拉第的天才思想。
他在前人成果的基礎上，對電磁現象進行了系統全面的研究，並以其深厚的數學造詣和豐富的想象力，先後發表了三篇電磁場理論論文:《論法拉第的磁力線》(從1855到1856)；物理學中的力線上(1861到1862)；電磁場動力學理論(1864 65438+2月8日)。全面總結前人和自己的工作，將電磁場理論以簡潔、對稱、完美的數學形式表達出來，經過後人的整理和改寫，成為作為經典電動力學主要基礎的麥克斯韋方程組。據此，他在1865中預言了電磁波的存在，它只能是橫波，並推導出電磁波的傳播速度等於光速。同時，他得出光是電磁波的壹種形式的結論，揭示了光現象與電磁現象的關系。1888德國物理學家赫茲通過實驗驗證了電磁波的存在。
麥克斯韋在1873年發表了科學巨著《電磁理論》。對電磁場理論進行了系統、全面、完善的闡述。這個理論已經成為經典物理學的重要支柱之壹。麥克斯韋對熱力學和統計物理學也做出了重要貢獻。他是氣體動力學理論的創始人之壹。1859年，他首次利用統計規律得到麥克斯韋速度分布定律，從而找到了從微觀量計算統計平均值的更精確的方法。在1866中，他給出了壹種新的按速度推導分子分布函數的方法，這種方法是建立在正反向碰撞分析的基礎上的。他引入了弛豫時間的概念，發展了壹般的輸運理論，並將其應用於氣體的擴散、熱傳導和內耗。“統計力學”這個術語是在1867中引入的。麥克斯韋是運用數學工具分析物理問題，準確表達科學思想的大師。他非常重視實驗。由他建立的卡文迪許實驗室，在他和其後幾位主任的領導下，已經發展成為世界著名的學術中心之壹。研究背景
他因列出了表達電磁學基本定律的四元素方程而聞名於世。在麥克斯韋之前的許多年，人們已經對電和磁這兩個領域進行了廣泛的研究，人們都知道它們是密切相關的。各種適用於特定場合的電磁定律已經被發現，但在麥克斯韋之前沒有完整統壹的理論。麥克斯韋可以用列出的簡短的四元方程組準確描述電磁場的特性及其相互作用關系(但很復雜)。就這樣，他把混沌現象總結成了統壹完整的理論。壹個世紀以來，麥克斯韋方程在理論和應用科學中得到了廣泛應用。
優勢
麥克斯韋方程最大的優點在於它的普適性，可以適用於任何情況。在此之前，所有的電磁定律都可以從麥克斯韋方程推導出來，很多之前無法求解的未知數也可以從方程推導的過程中找出。
這些新成就中最重要的是由麥克斯韋本人得出的。根據他的方程，可以證明電磁場周期振蕩的存在。這種振蕩叫電磁波，壹旦發出，就會通過空間向外傳播。根據方程，麥克斯韋可以表示電磁波的速度接近30萬公裏(65，438+086，000英裏)/秒，麥克斯韋意識到這與測量的光速相同。由此，他得出了光本身是由電磁波構成的正確結論。
因此，麥克斯韋方程不僅是電磁學的基本定律，也是光學的基本定律。事實上，所有以前已知的光學定律都可以從方程中推導出來，許多以前未發現的事實和關系也可以從方程中推導出來。在此基礎上，麥克斯韋認為光是頻率在壹定範圍內的電磁波。這是對光的本質認識的又壹重大進步。正是在這個意義上，人們認為麥克斯韋統壹了光學和電磁學，這是19世紀科學史上最偉大的綜合之壹。
可見光不是唯壹的電磁輻射。麥克斯韋方程表明，與可見光不同波長和頻率的其他電磁波也可能存在。這些理論結論後來被海因裏希·赫茲的公開演示所證明。赫茲不僅產生而且測試了麥克斯韋預言的看不見的波。幾年後，Gaglielmo Marconi證明了這些看不見的電波可以用於無線電通信，於是無線電問世了。今天我們也用不可見光進行電視交流。x射線、伽馬射線、紅外線和紫外線是電磁輻射的其他例子。所有這些射線都可以用麥克斯韋方程來研究。
意義
麥克斯韋的主要貢獻是建立了麥克斯韋方程組，建立了經典電動力學，預言了電磁波的存在，提出了光的電磁理論。麥克斯韋是電磁理論的大師。他出生於電磁學理論創始人法拉第提出電磁感應定理的1831年，後來與法拉第結下了難忘的友誼，與* * *共同構建了電磁學理論的科學體系。在物理學史上，牛頓的經典力學打開了機械時代的大門，而麥克斯韋的電磁理論為電氣時代奠定了基石。早在1787年，拉普拉斯就把土星環算成了固體。當時他已經確定，土星光環作為壹個均勻的剛性環，不會因為兩個條件而坍縮。壹個是它運行的速度平衡了離心力和土星引力，另壹個是。
環的密度與土星的密度之比超過了0.8的臨界值，以至於環的內外層之間的引力超過了離心力與不同半徑處的引力之差。他之所以有這樣的推論，是因為均勻環的運動在動力學上是不穩定的，任何破壞平衡的微小位移都會導致環的運動被破壞，使光環落到土星上。拉普拉斯推測土星環是壹個質量分布不規則的固體環。
到了1855年，理論仍然停留在這裏，而在此期間，人們觀察到了壹個新的土星暗環，進壹步的分離現象，以及自200年前被發現以來環系統整體規模的緩慢變化。因此，壹些科學家提出了壹個假說來解釋土星環的動態穩定性。這個假設是土星環是由固態流體和大量彼此不致密的物質組成的。麥克斯韋根據這個假設進行了討論。他首先從拉普拉斯留下的實心環理論入手，確定了任意形狀環的穩定性條件。麥克斯韋根據土星中心圓環引起的勢列出了運動方程，得到了勻速運動時勢的壹階導數的兩個限制，進而從泰勒展開得到了關於穩定運動的二階導數的三個條件。麥克斯韋將這些結果轉化為關於質量分布傅裏葉級數前三個系數的條件。所以他證明了幾乎所有能想到的環都是不穩定的，除非有壹個奇妙的特例。這種特殊情況意味著均勻環在某壹點所攜帶的質量是剩余質量的4.43倍到4.67倍之間。但這種特殊情況下的固體環會在不均勻重力下坍縮，所以固體環的理論假設不能成立。時間著作名稱備註1862《物理學中的磁力線》將磁場中的旋轉假說從普通物質推廣到了以太。他考慮了不可壓縮流體深處旋渦的排列。正常情況下，各個方向的壓力都是壹樣的，但是旋轉產生的離心力使每個旋渦縱向收縮，施加經向壓力，這正好模擬了法拉第的力線理論中提到的應力分布。由於每個渦旋的角速度與局部磁場強度成正比，麥克斯韋得到了與現有理論相同的關於磁體間作用力、恒定電流和抗磁性的公式。麥克斯韋根據對流體的觀察實驗，認為每個渦旋之所以能夠同向自由旋轉，是因為每個渦旋與它相鄰的渦旋之間隔著壹層微小的粒子，這些粒子與電完全壹樣。在1863中關於電學量的基本關系上，他推廣了熱論中傅立葉開始的程序，公布了與質量、長度、時間有關的電學量和磁學量的定義，從而提供了第壹個最完整、最徹底的二進制電學單位體系的解釋。他引入了成為標準的符號，將量綱關系表示為括號中質量、長度和時間度量的冪的乘積，有它們自己的無量綱乘數。在這壹年，麥克斯韋發現了電磁量和光速之間的純唯象聯系。1865《電磁場動力學理論》為用光速解決純唯象問題提供了新的理論框架。基於實驗和幾個普遍的動力學原理，證明了電磁波在空間的傳播是會發生的，不需要任何關於分子渦旋或帶電粒子間作用力的特殊假設。在這篇論文中，麥克斯韋完善了他的方程。他采用拉格朗日和漢密爾頓創立的數學方法，直接從方程中推導出電場和磁場的波動方程。波的傳播速度是介電系數和導磁系數的幾何平均值的倒數，正好等於光速。這個結果再次與麥克斯韋的計算完全壹致。至此，電磁波的存在是肯定的。由此，麥克斯韋大膽地得出結論:光也是電磁波。法拉第當年關於光的電磁理論的朦朧猜想，經過麥克斯韋的縝密計算，變成了科學的推論。麥克斯韋在《電磁學通論》1873中比以前更徹底地應用了拉格朗日方程，推廣了動力學的形式體系。麥克斯韋系統地總結了19世紀中葉前後人類對電磁現象的探索和研究軌跡，包括庫侖、安培、奧斯特、法拉第等不可磨滅的成就，更詳細系統地總結了自己創造性努力的成果和成就，從而建立了完整的電磁理論。