浅谈麦克斯韦方程组中的科学美孙锴（西安建筑科技大学机电工程学院电工教研室，陕西西安710055）摘要：麦克斯韦方程组，亦即麦克斯韦光电磁统一理论，是对经典电磁学研究高度的总结和理论概括，是经典电磁学研究的顶峰。
本文从科学美学的角度探讨麦克斯韦方程组中所蕴含的物理内容和数学形式的和谐性；光、电、磁三种物理现象物理规律的统一对称性，以及麦克斯韦矢量微分方程在数学形式上的简洁性。
具体阐述了麦克斯韦方程组所形成的电磁场理论严密的逻辑体系在科学美学上的体现：光、电、磁的统一；时间和空间上的对称性和统一性。
关键词：麦克斯韦方程组；科学美；物理美中图分类号：O4-0；科学美是一种与真、善相联系的，人的本质力量以宜人的形式在科学理论上的显现[1]。
自然界中物质深层的固有结构既然具有和谐、简洁、对称的美学特征，那么在揭示与描述其奥秘的科学理论中就应当得到充分的反映。
正如德国著名物理学家海森堡所说:“自然美也反映在自然科学的美之中[2]。
”自然美以物质形态和运动过程的感性特征引发人的审美感受，表现为自然界的和谐统一。
而自然科学是由建立在经验和逻辑基础之上的关于自然界各种现象及其相互关系的普遍性和精确性陈述构成的有组织的知识[3]。
自然科学的一个最核心的假设就是“一种广泛传播，出自本能的信念，相信存在着一种事物的秩序，特别是一种自然界的秩序”[4]。
这种秩序感与人的审美心理相契合。
海森堡曾在他的一篇文章中引用了一句拉丁格言:“美是真理的光辉”。
物理学中的科学美是理性的美、内在的美、本质的美。
虽然物理学的研究范围极为广泛,物理规律极为复杂,但物理学的美却都具有对称、简洁、和谐、多样统一等特点。
麦克斯韦的光电磁统一理论是麦克斯韦等人总结法拉第等人的研究成果进一步探索物理世界美的结晶，是经典物理学科学美的典范之一。
1. 麦克斯韦方程组的物理内容和数学形式的和谐性在19世纪70年代，库仑定律、安培定律、毕奥一萨伐尔定律、法拉第定律已被发现，“力线”的思想已经被法拉第引入来描述电场和磁场的许多性质，电磁学已经从牛顿力学的框架中解放出来，但是这些成果只是从不同角度总结和描述了电场和磁场的一些基本性质，直觉地抓住了它们的联系，并没有定量的从理论的高度以数学的形式来描述电磁场的基本规律。
麦克斯韦方程组关于热力学的方程，详见“麦克斯韦关系式”。
麦克斯韦方程组（英语：Maxwell's equations）是英国物理学家麦克斯韦在19世纪建立的描述电磁场的基本方程组。
它含有四个方程，不仅分别描述了电场和磁场的行为，也描述了它们之间的关系。
麦克斯韦方程组是英国物理学家麦克斯韦在19世纪建立的描述电场与磁场的四个基本方程。
在麦克斯韦方程组中，电场和磁场已经成为一个不可分割的整体。
该方程组系统而完整地概括了电磁场的基本规律，并预言了电磁波的存在。
麦克斯韦提出的涡旋电场和位移电流假说的核心思想是：变化的磁场可以激发涡旋电场，变化的电场可以激发涡旋磁场；电场和磁场不是彼此孤立的，它们相互联系、相互激发组成一个统一的电磁场（也是电磁波的形成原理）。
麦克斯韦进一步将电场和磁场的所有规律综合起来，建立了完整的电磁场理论体系。
这个电磁场理论体系的核心就是麦克斯韦方程组。
麦克斯韦方程组，是英国物理学家詹姆斯·麦克斯韦在19世纪建立的一组描述电场、磁场与电荷密度、电流密度之间关系的偏微分方程。
从麦克斯韦方程组，可以推论出光波是电磁波。
麦克斯韦方程组和洛伦兹力方程是经典电磁学的基础方程。
从这些基础方程的相关理论，发展出现代的电力科技与电子科技。
麦克斯韦1865年提出的最初形式的方程组由20个等式和20个变量组成。
他在1873年尝试用四元数来表达，但未成功。
现在所使用的数学形式是奥利弗·赫维赛德和约西亚·吉布斯于1884年以矢量分析的形式重新表达的。
麦克斯韦方程组的地位麦克斯韦方程组在电磁学中的地位，如同牛顿运动定律在力学中的地位一样。
以麦克斯韦方程组为核心的电磁理论，是经典物理学最引以自豪的成就之一。
它所揭示出的电磁相互作用的完美统一，为物理学家树立了这样一种信念：物质的各种相互作用在更高层次上应该是统一的。
另外，这个理论被广泛地应用到技术领域。
1845年，关于电磁现象的三个最基本的实验定律：库仑定律（1785年），安培—毕奥—萨伐尔定律（1820年），法拉第定律（1831-1845年）已被总结出来，法拉第的“电力线”和“磁力线”概念已发展成“电磁场概念”。
