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理学的研究，占据了麦克斯韦一生中相当多的时间。
上面提到的两项重大成果，虽然没有涉及电磁领域，却充分证明麦克斯
韦已经是一个数学物理学家。对他来说，物理学是探讨的课题，数学是得心
应手的工具。一旦他全副精力集中到电磁学上，异彩就闪现出来了。
“应该突破它！”
1860年初夏，马锐斯凯尔学院的物理学讲座由于某种原因停办了。二十
八岁的麦克斯韦离开阿伯丁港，到伦敦皇家学院去任教。他的妻子也随同前
往。这次工作调动，是麦克斯韦一生事业的转折点。
在这以前，还有一段小小的插曲。麦克斯韦最初的母校爱丁堡大学，也
要聘请一个自然哲学教授。他开始是准备去那里的。应选的一共有三个人，
另外两个是他在剑桥大学的同学，其中一个还是中学的同学。三个人里究竟
应该取谁，当局决定通过考试来决定。要是论学问，麦克斯韦稳拿第一，但
是比口才，他吃亏了。考试结果，麦克斯韦名列最后，连主考人对他的讲课
能力都表示怀疑。当时一家爱丁堡杂志评论这件事，也很替他惋惜。俗话说：
“塞翁失马，安知非福”，麦克斯韦没有被爱丁堡大学选中，自然是件憾事，
但是他却因为这个转到了皇家学院，完成了一生中最重要的贡献。
麦克斯韦在阿伯丁的四年时间里，一直怀着一桩心事，就是想用数学工
具表达法拉第的学说。他的这个愿望，1855年只开了个头就搁下了。就是在
研究土星的苦战中，只要见到有关电磁学方面的文章，也都会引起他密切的
关注。他经常给法拉第写信，探索电磁的奥秘。他的案头一直摆着《电学实
验研究》。每次打开这部辉煌的巨著，他的情绪就十分激动。法拉第，这位
他当时还没有见过的伟人，给物理学描绘了一幅多么形象的图画啊！电、磁、
光、力线、波动……在它们背后隐藏着什么规律呢？
麦克斯韦到伦敦以后特地去拜访法拉第。这是一次难忘的会晤。青年物
理学家递上名片，不一会儿，法拉第面带微笑地走了出来。这位实验大师已
经年近七旬，两鬓斑白。他同麦克斯韦一见如故，亲切地交谈起来。
这两位伟人，他们不但在年龄上相差四十岁，而且在性格、爱好、特长
等方面也迥然不同，可是他们对物质世界的看法却产生了共鸣。这真是奇妙
的结合：法拉第快活、和蔼，麦克斯韦严肃、机智。老师是一团温暖的火，
学生象一把锋利的剑。麦克斯韦不善于辞令，法拉第演讲起来却是娓娓动听。
一个不精通数学，另一个却对数学运用自如。两个人的科学方法也恰好相反：
法拉第主要是实验探索，麦克斯韦擅长理论概括。可以说，他们在许多方面
① 麦克斯韦证明，在气体处于热动平衡的时候，虽然个别分子的速度一般都不相同，并且由于相互碰撞而
不断改变，但是平均说来，处在某一速度范围里的分子数在分子总数中所占的百分比总是一定的。这是分
子物理学里的一个重要定律。
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是互相补充的；爱因斯坦曾经把他们称做一对，说他们就象伽利略和牛顿一
样，相辅相成。麦克斯韦自己也谈到过这一点：“因为人的心灵各有它不同
的类型，科学的真理也就应该用种种不同的形式表现，不管它是用具有生动
的物理学色彩的定性形式出现，还是用朴素无华的一种符号表示出现，它都
应该被当做是同样科学的。”这话自然是对的，字里行间流露出对法拉第的
尊敬。不过，不同的科学方法，发掘科学的深度却常常不同。法拉第用直观
而形象的方式表达的真理，麦克斯韦最后用惊人的数学才能把它总结出来，
并且提到理论的高度，所以他的认识就更深刻，更透入事物的本质，因此更
带有普遍性。
四年以前，法拉第曾经称赞过《论法拉第的力线》这篇论文，他没有料
到论文的作者竟这样年轻。当麦克斯韦征求他对论文的看法的时候，法拉第
说：“我不认为自己的学说一定是真理，但是你是真正理解它的人。”
“先生能给我指出论文的缺点吗？”麦克斯韦谦虚地说。
“这是一篇出色的论文。”法拉第沉思地说，“但是，你不应该停留在
用数学来解释我的观点，你应该突破它！”
法拉第的话象一盏明灯，照亮了青年物理学家麦克斯韦前进的道路。他
马上用最大的热情投入新的战斗。
他设计了一个理论模型，试图对法拉第的力线观念作进一步探讨。这个
模型完全建立在机械结构的类比上，有人称它是“以太模型”，现在看上去
既枯燥又很不好懂。一位英国现代科学史家，用了一整页篇幅也没有说清楚。
事实上，麦克斯韦在晚期的著作里也舍弃了这个模型。奇怪的是，麦克斯韦
竟把它当作跳板，成功地登上了真理的彼岸。
大厦建立起来了！
在讨论以太模型的时候，麦克斯韦对自己发现的一个重要事实引起了极
大的注意。他分析了法拉第对电介质的研究以后，确认在电场变化着的电介
质中，也存在电流，他把这称做“位移电流”。另外，他还计算出这种电流
的速度。麦克斯韦惊奇地发现：位移电流的速度恰好等于光速！
这是偶然的巧合吗？天下哪有这样的巧事。他兴奋得几天都没有睡好
觉，妻子帮他仔细核对了好几遍，数据确实没有差错。这意味着他计算出了
电磁波的传播速度同光速是相等的，这是个非常了不起的发现，尽管他当时
还没有完全意识到这一点。几天后，他写信给法拉第报告了这个结果。他在
信里说，他计算出的电磁波的传播速度是“每秒310740公里”，而“十二年
以前菲索（1819－1896）用直接实验测定的光速，却是每秒314858公里！”
信寄出的时间是1861年十月十九日。法拉第有没有给他回信，史料上没有记
载。但是毫无疑问，正是这个发现，促使麦克斯韦四年以后断定光就是电磁
波。
1862年，麦克斯韦在英国《哲学杂志》四卷二十三期上，发表了第二篇
电磁学论文《论物理学的力线》。文章一登出来，立刻引起了广泛的注意。
英国著名物理学家、电子的发现人约瑟夫·汤姆逊后来回忆说：“我到现在
还清晰地记得那篇论文。当时，我还是一个十八岁的孩子，一读到它，我就
兴奋极了！那是一篇非常长的文章，我竟把它全部抄下来了。”
这的确是一篇划时代的论文，它同1855年的《论法拉第的力线》相比，
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有了质的飞跃。论文不再是法拉第观点的单纯数学翻译，而是作了重大的引
伸和发展。其中具有决定意义的一步，是引进了“位移电流”的概念。这以
前，包括法拉第在内，人们讨论电流产生磁场的时候，指的总是传导电流，
也就是在导体中自由电子运动所形成的电流。麦克斯韦在研究中感到这个旧
概念存在很大的矛盾。比如在连接交变电源的电容器中，电介质里并不存在
自由电荷，也就是没有传导电流，但是磁场却同样存在。麦克斯韦经过反复
思考和分析，毅然指出，这里的磁场是由另一种类型的电流形成的，这种电
流在任何电场变化着的电介质中都存在，它和传导电流一起，形成了闭合的
总电流。麦克斯韦通过严密的数学推导，求出了表示这种电流的方程式，把
它称做位移电流。
从理论上引出位移电流的概念，实在是电磁学上继法拉 135
第电磁感应以后的一项重大突破。根据这个科学假设，麦克斯韦推导出两个
高度抽象的微分方程式（方程式直到1865年才最后完善），这就是著名的麦
克斯韦方程式。这组方程式，从两方面发展了法拉第的成就。一是位移电流，
它表明不但变化着的磁场产生电场，而且变化着的电场也产生磁场；二是方
程式不但完满地解释了电磁感应现象，而且还在理论上进行了总结。就是凡
是有磁场变化的地方，它的周围不管是导体或者电介质，都有感应电场存在。
经过麦克斯韦创造性的总结，电磁现象的规律，终于被他用不可动摇的数学
形式揭示出来。电磁学到这时才开始成为一种科学的理论。
在自然科学史上，只有当某一种科学达到了高峰，才可能用数学表示成
定律形式。这些定律不但能够解释已知的物理现象，而且还可以揭示出某些
还没有发现的东西。正象牛顿的万有定律预见了海王星一样，麦克斯韦在《论
物理学的力线》中，预见了电磁波的存在。他指出，既然交变的电场会产生
交变的磁场，交变的磁场又会产生交变的电场，那么，这种交变的电磁场就
会用波的形式向空间散布开去。当时，麦克斯韦才三十一岁，这是他一生中
最辉煌的一年。
麦克斯韦继续向电磁学领域的深度进军。1865年，他发表了第三篇电磁
学论文《电磁场动力学》。论文发表在《伦敦皇家学会学报》上。在这篇重
要文献中，麦克斯韦方程的形式更完善了。他采用法国数学家、力学家拉格
朗日（1736－1813）和爱尔兰数学家、物理学家哈密顿（1805－186