三 麦克斯韦的涡旋

在完成第一篇文章五年之后，麦克斯韦开始发表他的第二篇文章，它分成四个部分在1861年到1862年间陆续发表。和他之前的文章不同，这篇文章非常难懂。从 JM 第489页我们可以看到，这篇文章的主要想法是以如下方式来理解电磁现象：“按照这一假说，磁场里充满了无数旋转着的物质的涡旋，它们的转轴在每一点的方向都和磁场方向一致。”

麦克斯韦为这类复杂的涡旋群提供了一个明确的例子，见上图。对此，他在 JM 的第477页详细写道：

以 AB （插图页VIII，488页，图2）表示从 A 到 B 的电流。以 AB 上方和下方的较大空白区域表示涡旋，并以分隔这些涡旋的小圆圈表示它们之间的粒子层，在我们的假说里这些粒子代表电现象。

现在让一个电流从左向右通过 AB 。这将带动 AB 上方 gh 行的涡旋开始逆时针运动（我们记作“+”方向，相反方向记作“—”方向）。我们可以设想 kl 行的涡旋还处在静止状态，这时，两行之间的粒子层的下方在 gh 行涡旋的带动下开始运动，而上方尚处于静止。如果它们可以自由移动，它们将会朝负方向旋转，同时从右向左运动，或者说朝着 AB 电流的相反方向运动，它们形成了感生电流。

麦克斯韦模型的这一详细解释出现在他的第二篇文章的第二部分，最初发表在《哲学杂志》第21卷（1861年4—5月）。麦克斯韦对待他那复杂的涡旋网络模型的态度明显很认真，他在第二部分随后的11页里细致地研究了这一模型。

接下来，在1862年1—2月，麦克斯韦发表了第二篇文章的第三部分，标题是“分子涡旋理论应用于静电学”。通过7页分析，他得到命题14：“由于媒质的弹性而产生的电流方程的修正”（ JM ，496页）。这个修正是指在安培定律中加入“位移电流”（displacement current） Ė ，修改后的安培定律用现代符号可以写成 × H = 4π j + Ė 。

为了搞清楚麦克斯韦是怎样得到他的修正项的，我曾经几次试图去读麦克斯韦论文第二部分的最后11页和第三部分的开头7页。我尤其想了解他所说的“由于媒质的弹性”具体指的是什么。我的所有尝试都失败了。值得一提的是，在第二部分的最后11页，“位移”这个词只是在第479页出现了一次，而且是在一个不太重要的句子里，可是在第三部分的开头7页，这个词成了麦克斯韦的重点。所以，在发表这两部分之间的8个月里，麦克斯韦大概探索了涡旋网络模型的新特征，并得出了位移电流。

在命题14之后，麦克斯韦很快得出电磁波应该存在这一结论。他计算了它们的速度，并和当时已知的光速做比较，得到了一个极其重大的结论：“我们几乎无法回避这样的结论： 光是某种媒质的横向波动，这种媒质正是产生电磁现象的同一种媒质 。”（ JM ，500页，黑体是麦克斯韦自己所加）

麦克斯韦是个虔诚的教徒。我想知道，在做出如此巨大的发现后，麦克斯韦是否曾在祷告的时候因为揭示造物主的最大秘密之一而请求宽恕。 dPfQuIf2kAgowuTD2GC5MWItLQ4w3CojfFa4Kq6Vs3h5QWm4dkGRZWE5e6UlQUSp