第3章
一代宗师

1753年8月6日，一个风雨大作的日子，俄国科学院的院士利奇曼正匆匆忙忙赶回家中。利奇曼听到隆隆的雷声就加快了脚步，他在家里已经竖起一套实验装置，就是要把雷电引下来，看看这“老天爷的愤怒”到底是个什么玩意儿。好朋友罗蒙诺索夫也赶来了，他们俩听说美国的富兰克林也在研究雷电：雷雨天放飞一个大风筝，就能把天上的闪电引到地上。

紧赶慢赶地回到家中，利奇曼和罗蒙诺索夫一起开始实验。罗蒙诺索夫爬上房顶观察闪电，高高的铁架子已竖立起来，假如一个雷打下来，电将沿着金属走到楼下的房间中，利奇曼在下面准备用“莱顿瓶”存储闪电的电荷。只见天空中一道闪电划过，随后响起隆隆的雷声。忽听楼下一声惨叫，罗蒙诺索夫赶快跳下去查看，只见利奇曼倒在地上，前额有个大红点，鞋子已经裂开，衣服也有部分被烧焦，人已经气绝身亡；另外一人倒在一边，好歹保住了一条命。门框破损，房门铰链已经被拉坏，门板飞了出去，整个屋子狼藉一片。最后根据验尸报告以及在场人员的描述，证实利奇曼是被一个球状闪电击倒的。他为雷电研究献出了自己的生命，也成了世界上第一个有记载的死于雷电事故的人。

罗蒙诺索夫并没有被伙伴的死吓倒，他继续研究大自然的奥秘。当时欧洲有一批科学家也在探索雷电的奥秘，方法都差不太多，多半是在雷雨天放风筝，要么就是立个高高的杆子。有传言说富兰克林也曾被电得全身发麻，这显然不是碰上了真正的闪电，只是感应到了少量电荷，否则的话，富兰克林恐怕早就被烧成灰了。不过后来的科学家们都做了安全防范，再也没人有胆子直接亲密接触雷电。因此，因为研究雷电而被雷劈死的，只有利奇曼一个人。富兰克林的一大贡献就是发明了避雷针，从此雷电造成的火灾大大减少。不过，英王乔治三世恨死了这个后来造反的美国人，避雷针一律从富兰克林的尖头版本被改成了乔治三世的圆头版本。

通过利奇曼和罗蒙诺索夫以及富兰克林的努力，后来研究雷电的科学家们逐渐认识到：天上的雷电与用丝绸摩擦琥珀时产生的电没什么区别，根本就是一码事。富兰克林对电现象做了总结：电荷有正有负，电荷只能转移不能产生，电荷总量是守恒的。此时人类终于对电有了一些基本的认识。

1785年，库伦发表了他的实验结果，那就是电荷之间同性相斥，异性相吸。电荷之间有作用力，作用力呈现出平方反比规律，这与牛老爵爷的万有引力颇为相似。

1800年，伏打发明了化学电池，人们终于获得了稳定的持续的电流。电作为一种物理现象，终于可以方便地展开研究了。

1821年，丹麦的物理学家奥斯特给学生做了一个实验，这个简单的物理实验足以让他名垂物理学史。当他给一根电线通电的时候，旁边指南针的小磁针发生了偏转。原来电流是可以产生磁性的，过去看似风马牛不相及的电与磁，背后却有着内在的联系。

对于这种奇异的现象，奥斯特没有给出任何令人满意的解释，他也没有试着用数学的架构来表达这一现象。经过几个月的仔细检验，来回做了几十次实验以后，他正式发表了一篇论文讲述他的实验结果。欧洲物理学界震惊了，一大群嗅觉灵敏的科学家立马扑向了这个领域。法国人下手尤其迅速，先是必欧和沙伐搞出了个“必欧-沙伐定律”，后来安培又搞出了一个“安培定律”。他们针对到底一根通电的导线会产生什么样的磁性，给出了数学上的计算。

偏偏有人与他们走的不是同一个路数，此人便是伟大的法拉第。法拉第的经历可以说是英国版的励志故事。法拉第自幼家境贫寒，父亲是个铁匠，没什么文化，但是他知道再穷也不能忽视教育，因此坚持让法拉第上完了小学。后来实在负担不起学费，就把他送进一家书店当跑腿的快递员。那时候很多书籍和报纸都是租回家阅读的，看完了是要还的，书报杂志的收发全靠法拉第跑来跑去。法拉第后来当了书店学徒，不用到处跑了，这让他有了大把时间蹲在书店里看书。他的青少年时光一点儿也没有浪费，书店里的书不看白不看。于是，他看了大量的科学读物，尤其喜欢电学与化学。有人看他勤奋好学，就给了他一张科学讲座的入场券，开设讲座的是当时大名鼎鼎的科学家戴维爵士。这个戴维十分了得，一个人就神勇无比地发现了七种化学元素，还搞出了安全矿灯等一大堆发明。法拉第也很勤奋，他在自己的讲座笔记上加了很多旁征博引的材料，然后把它交给了戴维。戴维一看，吃了一惊，才知原来这个不起眼的年轻人如此有水平。后来戴维做三氯化氮实验时受了伤，需要一位秘书来帮忙，于是他就挑了法拉第。

这时候法拉第还在书店里打杂，新老板对他一点儿也不好，于是法拉第乐得蹦着就跳了槽，成了戴维的化学助理。戴维有着爵士的身份，法拉第则出身卑微。戴维到欧洲大陆讲学，法拉第也只是个跟班的地位。其实他并不是戴维家的仆人，可人家丝毫没拿他当个正经八百的科学研究人员，这让法拉第十分沮丧。法拉第为人谦和宽厚，品格、脾气都很优秀。他要是受不了的话，估计没几个人能受得了戴维一家特别是戴维夫人的呼来喝去。当然啦，在我国某些大学的研究机构里，研究生给导师打个开水泡个茶也是很常见的现象。

奥斯特电磁实验的消息很快便传遍欧洲，大家都扑上去研究。法国人玩儿命地研究数学计算，英国这边戴维和渥拉斯顿则开始研究能不能利用这种现象制造电动机，用电流让一台机器转起来，这可是代替那种笨重无比的蒸汽机的好东西啊！渥拉斯顿本来想到一个好办法，兴冲冲地跑到戴维面前演示，但是当场搞砸了，线圈就是纹丝不动。后来戴维和渥拉斯顿折腾了好久，也没能让这玩意儿转起来。

法拉第看在眼里记在心里，他花了三个月的时间查资料做实验。他先是找了个容器，里面泡上水银，并垂直放置一个条形磁铁，粘在缸底，一根铜丝插进一个软木塞，然后漂浮在水银里。铜丝与水银接触，水银连接到电池的一个极，软木塞上的铜丝通过很细很软的电线连接到了电池的另外一个极，这样电路就通了。软木塞开始围着中间的磁铁绕圈转，世界上第一个电动机便诞生了。这种原理制造的电动机后来有一个名字，叫作“单极电机”（图3-1）。

当时戴维和渥拉斯顿都不在家，有人撺掇法拉第单独发表这个成果：万一法国人也在做类似的研究，那可麻烦了，如果落在他们后面，荣誉就没了，赶快发表吧！于是法拉第就发表了论文，随后便和新婚三个月的妻子去度假了。哪知道度假回来，迎接他的不是鲜花与掌声，而是非议与白眼。坊间流言四起，说他“剽窃渥拉斯顿的研究成果”，他浑身是嘴也说不清楚。

好在渥拉斯顿了解情况之后知道他的设计远远超过了自己当年的简单构想，便立刻向法拉第表示祝贺，但是戴维什么也没说。后来大家都怀疑，那些流言蜚语就是戴维放出来的。为什么戴维跟自己的学生过不去呢？嫉妒。戴维隐隐约约地觉得，法拉第已经超过自己这个老师了。

此时的法拉第已经是法国科学院的通信院士，然而，他在英国皇家学会还只不过是个年薪一百英镑的实验助理。明明是法拉第发现了气体液化的方法，功劳却要算到老师戴维的头上。法拉第的朋友为他鸣不平，他们联络了二十九位皇家学会会员，提名法拉第为皇家学会的候选人。戴维第一个跳出来反对，渥拉斯顿倒是第一个签字支持法拉第。最后投票的时候，法拉第几乎全票通过，唯一的反对票来自皇家学会主席——他的老师戴维。理由是法拉第太年轻了，而且没有受过高等教育。然而他忘了，他自己二十四岁当选皇家学会会员时，也有着与法拉第相似的成长历程，是个没有受过高等教育的贫苦年轻人。

1829年，戴维和渥拉斯顿相继去世。人之将死其言也善，有人询问病榻上的戴维，一生最大的发现是什么。戴维意味深长地说：“是法拉第。”可惜法拉第已经是年近不惑的人了，大把的光阴在戴维的压制下白白流逝，戴维的嫉妒害人不浅。

戴维去世以后，法拉第总算可以研究自己喜欢的领域了。这些年来一个念头一直萦绕在他心头：既然奥斯特发现用电可以生磁，那为什么不能用磁来生电呢？1831年，他的研究有了初步成果。那时候大家想得都很简单：既然电流附近有磁性，反过来，磁性物质周围是不是有电呢？他就绕了个大线圈，包裹着磁铁，线圈里面根本测量不到电流。后来又换成了两个线圈，相互套在一起，一个线圈通电，看看另外一个有没有电流（图3-2）。法拉第发现，只有在线圈通电或者断开的一瞬间，另外一个线圈才会有电流通过，而且非常短促，瞬间就消失了。这种不寻常的信号引起了法拉第的联想：难道“变化”才是问题的关键？之后法拉第又测试了两个线圈发生相对运动的情况，实验结果证实了他的猜想：只有变化的磁场才能感应出电流，恒定的磁场根本不行。于是他提出了电磁感应定律，并在这个定律的基础之上，发明了圆盘发电机。人类的发展史就此发生转折，伟大的电气时代出现了一抹曙光。

要说法拉第是个动手能力超强的科学家，这当然不错，但是法拉第的伟大不只在于动手能力，他脑子里深邃的思想一点儿也不比他的动手能力逊色。电化学的一系列术语都是他发明的，比如阴极、阳极、离子等。他还精确地总结出了电解定律，这是整个电化学的基础。但这些都不是法拉第最重要的思想，他思想中最重要的精髓叫作“场”。

众所周知，经典力学的祖师爷是牛爵爷。牛顿在描述万有引力的时候认为引力是直接抵达，不需要传播时间的。这在物理上被称作“超距”作用。同样，安培等人也认为，超距作用不需要介质，电和磁也是超距作用，不需要传播时间。但是法拉第跟他们想的不一样：在磁铁周围撒上铁粉，轻轻地振动一下，铁粉就会显示出一圈圈的纹路，这是怎么回事儿呢？这些线条又代表什么？法拉第管这些线条叫作“磁力线”（图3-3）。那么是不是也存在“电力线”呢？完全有可能，电磁不分家嘛。假如电和磁都是需要传播介质的，那么传播介质都会像铁粉一样有序排列吗？需要什么作为传播介质呢？法拉第现在还没法儿回答。他还注意到一个后来被称为“法拉第效应”的奇怪现象，那就是在磁场里，光的偏振方向会发生变化。电和磁已经搅成一锅粥了，这个光怎么又掺和进来了？光难道与电和磁有关系？听到他这些理论的人都如堕入五里雾中一般。人们从来没有怀疑过牛顿描述的超距作用，面对法拉第说的什么磁力线、电力线，大家纷纷摇头，不知他到底要干什么。

法拉第的思想超越了时代，不被理解也是正常的。1851年，法拉第写了一篇文章《关于磁力的物理线》，里面讲的就是磁力线与电力线的问题，他深信这些力线是存在的。电磁感应是怎么回事儿呢？其实就是导体在做切割磁力线的运动。后来，法拉第的思想得到进一步发展，他认为磁力线并不是磁铁在发射某种东西，而是空间本身固有的特性，物质可以改变磁力线的分布状况，磁力线是可以传递力的。法拉第慢慢地形成了一个新的理论——“场”，这是他与电和磁打交道几十年总结出来的思想。

法拉第渐渐老去，国家要赐予他爵士头衔，他拒绝了；邀请他当皇家学会主席，他也拒绝了。法拉第一生淡泊名利，这与他的老师戴维形成了鲜明对比。他是皇家科学研究所的富勒化学教授，这是一个很重要的教职。皇家科学研究所每周都有对公众开放的科学讲座，法拉第经常光顾。有个年轻人常常在讲座现场碰见他，后来有一天，这个年轻人兴冲冲地跑来，手里拿着一沓稿子。他兴奋地告诉法拉第，根据法拉第的思想，他写了一篇论文，名字叫《论法拉第的力线》。法拉第打开看了看，一脸茫然，问道：“小伙子，你怎么全搞成数学了？”

年轻人难免有些失望，数学不就是对物理学思想的总结与升华吗？法拉第的力线思想很重要。假如把不可压缩流体里面常用的“流线”概念与“力线”做个对比，就会发现两者的相似点很多，电场强度就好比是流体的流速，用一种充满空间的矢量来描述电磁场……

这个年轻人可能不会想到，英国著名的物理学家、化学家，号称电学之父的法拉第，居然看不懂他写的东西。这恐怕也是法拉第一生的遗憾。他没有接受过完整、系统的高等教育，对于满纸的微积分符号，就像看天书一般。有人说，中学水平的代数，法拉第马马虎虎能过关，但三角函数恐怕就不行了，何况是复杂的偏微分方程组呢。

这个年轻人就是后来大名鼎鼎的麦克斯韦，他的经历与法拉第大大不同。他来自苏格兰，是贵族家庭出身，自幼家境殷实。他十六岁进爱丁堡大学就读，十九岁到剑桥深造，年仅二十五岁就成为马歇尔学院的教授了，比别人平均早了十五年，而且还当上了系主任。现在，这个年轻人来到伦敦国王学院任教，因此才有机会参加皇家科学研究所的讲座。由此可见，此人与法拉第完全不是一个路数。不过这一老一少保持了常年的友谊，尽管交往并不太深，但是彼此互相尊重。他们俩经常在皇家科学研究所的公开讲座上碰头，年轻人观察着比自己年长四十岁的法拉第，发现他已经明显地衰老了，经常忘事，刚说过的话过不多久就会忘记，甚至叫不出自己的名字。他出现了失智症的迹象，记忆正在被一点点地吞噬。

“年轻人先别走，你名字叫……叫……”

“詹姆斯，詹姆斯·克拉克·麦克斯韦。上周跟你说过的……”

1867年，法拉第去世。著名的威斯敏斯特大教堂里有他的纪念碑，他的纪念碑旁边就是牛顿的墓。他生前表示不愿葬在威斯敏斯特大教堂，而是入土于桑地马尼安教派的海格特墓园中。想当年，法国的大思想家伏尔泰碰巧参加了牛顿的葬礼，他发出感叹：“走进威斯敏斯特教堂，人们所瞻仰的不是君王们的陵寝，而是那些为国增光的伟大人物的纪念碑，这便是英国人民对于才能的尊敬。”对啊！这就是英国，率先走进了工业时代的英国。

历史总是充满巧合，伽利略1642年去世，牛顿1643年出生。当年伽利略一次又一次地重复着斜面滑落实验，不多久就迎来了满脑子数学的牛顿。这两位科学巨匠一位靠实验观察自然，一位将其总结成了数学规律，可以说是一对素未谋面的好搭档。同样，法拉第与麦克斯韦也是类似的关系，好点儿的是两人还常见面。法拉第做实验，总结经验，麦克斯韦则把这些奇思妙想总结成美妙的数学公式，这些数学公式又揭示着天地间真正的奥妙所在。

麦克斯韦意识到，要想让电磁学像牛顿经典力学一样完善，那就必须把有关电和磁的所有现象总结成一整套完善的公式系统。现在看来，想完成这个任务，就必须按照法拉第的思想走下去。法拉第只用很少几个观点就能解释错综复杂的电磁学现象，这正是麦克斯韦需要的。1861年，麦克斯韦写了一篇论文《论物理力线》，提出了分子涡流理论，用这个理论可以推导出电磁感应定律。1862年，论文再版的时候，麦克斯韦作了补充，增补的第一部分内容描述了“静电场”和“位移电流”，第二部分则探讨了偏振光的偏振方向在外磁场中变化的问题。电磁理论迈出了重要一步，麦克斯韦已经超越了法拉第。

就在这篇论文中，麦克斯韦描述了一种“电磁波”。变化的电场产生变化的磁场，变化的磁场再产生变化的电场，交替往复，电生磁、磁生电，就像一股横波一样，在以太中传递下去，以太就是电磁波传递的介质。麦克斯韦计算了这种波的传播速度，令人吃惊的是，电磁波速与光速一模一样。麦克斯韦铁口直断：光也是一种电磁波。他写道：“我们难以回避这一推断，光与同种介质中引起电磁现象的横波具有一致性。”

1864年，麦克斯韦发表了《电磁场的动力学理论》。他写道：“这些结果的一致性似乎表明，光与磁是同一物质的两种属性，而光是按照电磁定律在电磁场中传播的电磁扰动。”至此，一座宏伟的电磁学大厦即将建成。法拉第打先锋，麦克斯韦为主将，“场”的理念终于在物理学中有了自己牢不可破的稳固地位，人类对于物体间相互作用的认识发生了飞跃。

1865年，麦克斯韦辞去教职，回家专心著书立说。在《电磁通论》这本巨著中，他提出了一整套公式，涵盖了电磁学的方方面面。先前安培已经创建了一套电动力学，但是没法儿解释电磁感应现象，也解释不了库仑定律。另外一派就是法拉第这一路的思想。把法拉第的思想变成完美的数学公式这件事，数学王子高斯也曾经涉足过，但是高斯最终没能搞定这件事。高斯的高足黎曼也曾经干过，但是一不留神在进度上落到了麦克斯韦后面，最终大家广泛公认的电磁学理论大厦是麦克斯韦建立起来的。不过高斯和黎曼这爷俩后面还有出场的机会，不用替这二位着急。

麦克斯韦的第一步就是用类比的办法把电力线、磁力线这些玩意儿看作不可压缩的流体中的流线，这样就可以写出一套公式。但是类比不是严谨的物理学做派，在很多地方电磁场并不等同于流体的流场，不能随便移植，还需要建立模型来描述整个电磁过程。于是麦克斯韦的第二步是建立分子涡流（图3-4）假说。电磁波不是在以太中传播的吗？那好办，以太的分子沿着磁力线旋转，形成一个个小旋涡，这一堆堆的小旋涡相互之间就像一个个互相咬合的齿轮，你转我也转。电介质的分子移动可以看作一种特殊的电流——位移电流。这样一来，磁生电、电生磁就可以像波浪一样传递了。麦克斯韦在层层递进，不断深入。

麦克斯韦的每一步都走得不容易，从第一步到第二步就隔了五年时间，从第二步到第三步一样花了将近五年时间。到了发表《电磁场的动力学理论》的时候，麦克斯韦的思想又出现了升华。他放弃了分子旋涡假设，这意味着根本不需要以太这种传播介质。但是麦克斯韦坚持了“近距作用”，说白了就是，他还是否认了“超距作用”。虽然电磁力不需要介质也一样能够电生磁、磁生电这样传播出去，但这种传播不是瞬间达到的，是需要时间的。传播速度也不是无限大，而是光速。当然麦克斯韦还是和当时的所有物理学家一样，舍不得以太这个宝贝，仍念念不忘要想法子测量出以太相对于地球是否有运动。这也是不难理解的事情。麦克斯韦最终整理出了二十个方程式，过去大家常用的磁场力公式、库仑定律、电流、电阻等一大堆东西，都可以用麦克斯韦的电磁场方程推导出来，电磁学终于可以与牛顿的经典力学并驾齐驱了。

通过法拉第与麦克斯韦的努力，一种全新的概念摆在了人们面前，那就是“场”。这个看不见、摸不着，但又实实在在存在的玩意儿从此成了物理学中很普遍的东西。场是物质吗？是的，场是一种特殊的物质。虽然它看不见、摸不着，但它是可以检测的，是可以传递力的。场蕴含着能量，电磁场是具有能量的，而且可以脱离波源而存在。遥远的天体发出的光要跑上亿年才能被我们看到，说不定我们看到这些光的时候，那个天体早已经熄灭了，但是跑出来的电磁波不受波源的影响，照跑不误。

麦克斯韦当年提出类比电磁场和流场思想的时候，受到了威廉·汤姆逊的影响。这个威廉·汤姆逊也是一个著名的物理学家，号称“热力学之父”。当然了，那个年头很多细分学科都在草创期，所以这个“之父”那个“之父”特别多。1866年，威廉·汤姆逊受封为开尔文勋爵。他自己很喜欢这个称号，热力学温标最后就用了他的封号来命名，称为“开氏温标”，也叫绝对温度，这当然是莫大的荣誉了。1871年，麦克斯韦预言光会产生压力，电磁场具有动量。这一点很重要。打个比方：你被不知从何处飞来的小石子打破了头，感觉很疼，为什么会这样呢？从物理学上来讲，那是因为石子蕴含着动量，也蕴含着动能。检测到了这两点，我们就能说小石子是个实实在在的物质。至于是不是你不留神得罪谁了，有人暗算你，那是另外一码事了。

开尔文勋爵不相信麦克斯韦这一套。麦克斯韦说电磁波会产生压力，也就是说光会产生压力。这怎么可能呢？开尔文勋爵直晃脑袋，就是不认账。1901年，科学家们终于排除各种干扰测量到了光压，这下大家无话可说了，不得不承认麦克斯韦的预言是正确的。

麦克斯韦的《电磁通论》1873年出版，这是一部经典杰作。麦克斯韦电磁学的所有思想都体现在这本书里面。不仅仅是在电磁学领域，在统计物理学领域他也有着很大的贡献，他还研究过光与色觉之间的关系。你可能想不到，世界上第一张彩色照片就出自麦克斯韦之手。在物理学领域，他已经与牛顿比肩而立，但是他的电磁学理论直到很久之后才被大家完全接受。因为电磁波还没有被人用实验验证，直到好久之后它才被另一个天才检验到。

就在1871年，剑桥大学校长找到了麦克斯韦，要他担任卡文迪许实验室的领导。卡文迪许是英国著名的科学怪人，他是德文郡公爵的后裔，自小衣食无忧，但是一心喜爱科学，自己闷头在家研究科学，性格、脾气也很古怪。他有好多成果却都不拿出来发表，公开的论文仅有二十来篇。但是他遗留下来的手稿是个丰富的宝藏，很多东西他都做了预见性的研究。剑桥大学校长自己掏腰包给物理系设立了一个实验室，并用卡文迪许的名字来命名。要说这位剑桥大学校长怎么会舍得自己花钱呢？因为校长威廉·卡文迪许本人就是卡文迪许家族的传人，人家是正经八百的第七代德文郡公爵，以自家祖上大科学家的名字命名当然是顺理成章的事情。

像牛津、剑桥这种老牌大学有不少深厚的传统，不少教席都是有名字的。比如说剑桥大学的“卢卡斯数学讲座教授”，牛顿担任过，狄拉克担任过，霍金也担任过。再比如法拉第担任的富勒化学教授，那就是皇家科学研究所设立的专门的教席。既然要设立卡文迪许实验室，当然需要人来执掌，为此剑桥大学设立了一个教席，叫作“卡文迪许物理学教授”，第一任的人选就是麦克斯韦。麦克斯韦走马上任执掌卡文迪许实验室，从无到有创建了这个实验室。从房屋建造的一砖一瓦，到每一件实验仪器的购置，都要他点头批准才行。麦克斯韦为卡文迪许实验室倾注了大量心血，此后，在后继者瑞利、J. J.汤姆逊、卢瑟福等众多科学家的努力下，卡文迪许实验室不断扩大，到现在已经涵盖了整个剑桥大学物理系。卡文迪许物理学教授基本上相当于现在的剑桥物理系主任。这个实验室不负众望，至今为止培养出了二十九位诺贝尔奖得主，在科学界的地位举足轻重。也许，对于我们来讲，这才是麦克斯韦最大的贡献，卡文迪许实验室本身就是物理学的一座丰碑。

除此之外，麦克斯韦还在非常专注地做一件事，那就是整理那个前辈——科学怪人亨利·卡文迪许——的手稿。他这才发现里面竟然有如此丰富的思想，这些资料包含了卡文迪许对地球密度以及水的微观物质构成的探究。卡文迪许最出名的实验就是测量出地球密度的实验，并继而计算出了地球的质量和万有引力常数，这是非常了不起的成就。麦克斯韦在自己最后的日子里，一直在整理这些手稿和资料。他心无旁骛，对物理学以外的东西都不太关心。

此时的大英帝国正处于堪称最为鼎盛的维多利亚时代，英国孤悬海外的地理位置也为麦克斯韦创造了相对安逸的环境。然而他不知道的是，安逸中酝酿着重大的变局，世界正在发生翻天覆地的变化：美国北方在南北战争中打赢了南方，美利坚开始崛起；欧洲大陆上，条顿骑士的后裔们也在四下征战，他们要用铁和血来统一德意志诸邦；英法联军在万里之外的北京焚毁了万园之园——圆明园。维克多·雨果评价此事时写道：“有一天，两个来自欧洲的强盗闯进了圆明园，一个强盗洗劫财物，另一个强盗放火……”

这个世界并不太平，但是你又分明感到有一股力量正在崛起，是刚刚统一的德意志？还是新大陆上那些刚刚崛起的富可敌国的大亨？或者是其他什么？

自从法拉第发现了电磁感应现象，电的用途大大扩展了。1832年，法国人毕克西发明了手摇式直流发电机；1866年，德国的西门子发明了自励式直流电动机（图3-5）；1869年，比利时的格拉姆制成了环形电枢，发明了环形电枢发电机。作为精通电磁学的物理学家，麦克斯韦有一种预感，恐怕电这个玩意儿会改变人类的文明进程。从法拉第到麦克斯韦的这一段时间，恰好是历史的一个大转折期，一个新的时代已经悄然来临……