对电磁学做出贡献的5位科学家

电磁学无处不在，人类已经观察了它数千年的各种形态。古埃及人深受尼罗河电鲶的困扰。中国人早在公元前一千年的早期就开始使用磁石罗盘进行导航。当我们祖先仰望星空时，一道闪电划破夜空，定会让他们惊叹不已。

尽管与各种电磁现象有着如此悠久的接触史，但在19世纪早期之前，没有人会想到这两者之间存在着密不可分的联系（更不用说这两种力还会产生能量波了）。然而，在接下来的一个世纪里， handful of brilliant thinkers and experimenters 逐渐解开了电磁学的奥秘。

什么是电磁学？

电磁学涉及带电粒子之间的相互作用。它将电和磁结合成一个统一的理论，并负责各种现象，例如电流和磁场的产生。

我们每天都在使用电磁学，比如电动机、广播电视、以及核磁共振成像仪等医疗设备。简单来说，电荷如何产生磁场，以及变化的磁场如何产生电流，这就是电磁学的基本原理。以下是物理学家们为电磁学领域做出的开创性贡献。

1. 汉斯·克里斯蒂安·奥斯特

1820年的一次讲座中，丹麦物理学家奥斯特偶然发现了第一个线索：他发现当电流通过一根导线时，放在附近的指南针的针会偏离其指向地磁北的正常方向，直到与电流垂直。换句话说，他发现电流会产生磁场。

关于奥斯特是刻意寻找这个结果还是意外发现它，说法不一。无论如何，这是电和磁之间密切关系的第一个迹象，也为故事中接下来的关键人物提供了重要的灵感。

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2. 迈克尔·法拉第

在奥斯特的演示之后，他的同时代人开始思考，这种效应是否会反过来成立——也就是说，磁铁是否会产生电流。怀着这样的想法，英国物理学家法拉第进行了自己的实验。

1831年8月，他在一个铁环的两侧缠绕了两卷绝缘导线。一卷连接到电池，从而使铁磁化，另一卷连接到一个检流计以检测电流。法拉第想看看第一个导线产生的磁场是否会使第二个导线带电。

起初，结果令人费解。令他惊讶的是，当他接通第一个导线的电流时，检流计在第二个导线中短暂地显示出电流，而在断开电流时也再次出现，但在此期间没有电流。他意识到，引起电流的不是磁场的存在本身，而是磁场的变化。后来，他通过将磁铁在导线线圈中进出获得了相同的结果。

法拉第发现了电磁感应过程，并同时发明了第一个变压器。事实上，他的工作奠定了我们今天赖以生存的许多现代技术的基础，包括为我们的家庭提供和输送电力的基础设施。

3. 詹姆斯·克拉克·麦克斯韦

由于出身贫寒和缺乏正规教育，法拉第始终是一位比数学家更出色的实验家。但就在他做出最伟大发现的同一年，那个将为它提供严格的理论框架的人诞生了。

1865年，苏格兰物理学家麦克斯韦发表了一组四条优美的方程，描述了电和磁之间的关系，最终统一了困扰了几代科学家的问题。更重要的是，这些方程还预测了电磁波的存在。

麦克斯韦正确地推测，这些波就是可见光，后来的研究者证明，这适用于整个电磁频谱：伽马射线、X射线、紫外线、红外线、微波和无线电波。

阿尔伯特·爱因斯坦（他对推进麦克斯韦的理论做出了巨大贡献）将他与科学界长期以来的典范艾萨克·牛顿爵士相提并论。正如他所说的：“一位科学时代随着詹姆斯·克拉克·麦克斯韦而结束，另一个时代随之开始。”

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4. 海因里希·赫兹

麦克斯韦为世界提供了相信电磁波存在的理论依据，但通过实验证实了它们的存在的是德国物理学家赫兹。

赫兹被麦克斯韦的方程深深吸引。他看到方程暗示存在一个比人眼可见部分更长或更短的整个电磁频率频谱，并着手捕捉这些光谱波。

他使用感应线圈（类似于法拉第的）产生电磁波，并用两个黄铜球之间的火花隙来探测它们。火花很微弱，只持续了极短的时间，但在黑暗的房间里，视力敏锐的赫兹得以捕捉到它——这是无线电波（最短的电磁频率）存在的证据。在后来的实验中，他还证明了它们的传播速度与可见光相同。

他的发现使得无线电广播、电视、卫星通信，甚至21世纪普及的Wi-Fi得以发展。

5. 阿尔伯特·爱因斯坦

赫兹的实验似乎解决了古老的争论：光是由波还是粒子组成的？但正如我们现在所知，他只揭示了一半真相——它同时具有两种性质。

世界已经有了光具有波动性的无可辩驳的证据。然后，在1905年，也就是爱因斯坦发表狭义相对论的同年，他在另一篇论文中指出，电磁学也必须被视为一系列离散的粒子。

这篇论文（后来为他赢得了诺贝尔奖）解释了光电效应，即光照射在金属表面会引起该表面发射电子。物理学家们一直无法用经典的波动理论解释这一现象，于是爱因斯坦引入了一个新概念：光的量子化。

他认识到，虽然光可以表现为波，但它必须由微小的能量包或光量子组成。今天，它们被称为光子，它们是“波粒二象性”的另一半。一个多世纪过去了，科学家们仍然认识到这是光的真正（尽管令人困惑）的本质。

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