麦克斯韦方程组的哲学思想探讨

摘要： 一般对麦克斯韦方程组的理解仅仅在形式上和它的物理意义，与其它学科的联系探讨较少。本文对麦克斯韦方程组的物质性、对称性、协变性、统一性、和谐性方面的哲学问题进行全面系统的探讨。

Abstract: We usually understand Maxwell"s equations in the form and physical significance, and we seldom ponder the relation of Maxwell"s equations and other discipline. At the same time the article is probing comprehensively and systematically Maxwell"s equations which is implicating Materiality, symmetry, covariance, unity, harmony.

关键词： 麦克斯韦方程组；物理；哲学；思想

Key words: Maxwell"s equations；Physics；Philosophy；thought

中图分类号：G64 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）05-0255-02

1物理学与哲学的关系

物理学是自然科学中的一门实验学科，它是研究物质不同层次的结构、相互作用、运动基本规律和时间空间的一门科学，由于它所研究的对象是如此普遍和基本，这就必然涉及到哲学上一系列范畴：如物质、运动、时间、空间、规律性、因果性等，从而使物理学和哲学间的关系较其它任何一门学科都更为密切[1]。

哲学是社会意识的一种形式，是世界观和方法论的统一，是系统化、理论化的世界观，是以总体方式把握世界以及人和世界关系的理论体系。哲学是研究自然、社会和思维发展普遍规律的学说，思维和存在的关系问题是哲学的最基本问题[2]。

物理学与哲学的关系十分密切。恩格斯曾指出：“推动哲学家前进的，决不像他们所想象的那样，只是纯粹思想的力量，恰恰相反，真正推动他们前进的，主要是自然科学和工业的强大而日益迅速的进步。现代唯物主义否定之否定，不单纯地恢复旧唯物主义，而是把两千年哲学和自然科学发展的全部思想内容以及这两千年的历史本身的全部思想内容加到旧唯物主义的永久性基础上,随着自然科学领域中每一个划时代的发现，唯物主义也必须改变自己的形式”。哲学离不开科学的推动，科学离不开哲学的指导，这就是科学和哲学相互作用的辩证统一。著名物理学家爱因斯坦认为哲学是全部科学研究之母；薛定谔认为哲学是科学的支柱，是科学研究必不可少的东西；波恩认为真正的科学是富有哲理性的，即只有在正确的哲学思想指导下，物理学才能得到发展。

总之，哲学与物理学的关系是共性和个性、普遍和特殊的辨证关系。哲学以物理学为重要基础，物理学又离不开哲学，摆脱不了哲学的指导，二者相互作用、相互促进、相辅相成，推动着人们对自然规律认识的不断深化和发展。

2麦克斯韦方程组的哲学思想探讨

2.1 麦克斯韦方程组的演绎和归纳辨证思维方法是人们正确认识世界的中介，是人们正确进行理性处理认识的方法。归纳与演绎是人类思维最常见的推理方法。归纳是从个别上升到一般的思维方法，它包含有完全归纳和不完全归纳法。演绎是由一般性原则到个别性结论的方法，归纳和演绎是人们认识事物的两种相反的思维方法。

麦克斯韦方程思想实验具有“经验”的归纳意义，但却是在数学形式上进行的；另一方面，数学表达式并不是完全在演绎的方式下被运用，相反，对它们的归纳综合更具创造性。对于电磁场，要用麦克斯韦方程组表达它们之间的关系。麦克斯韦方程组不是通常的数学演绎关系，它不是可以用代入方法从一个方程推演出另一个方程，这些方程式各自有独立的实验意义而又相互依存，它们是同一个物理对象同时性的具有不相同的物理现象的本质，它们的共存性是在实验和思想实验中被发现和被归纳总结出来的，它们必须同时共存于同一个方程组之中，它以这种特殊的数学方式表达了一种物理存在。这正是在对麦克斯韦方程组的哲学探讨中我们可以认识到，麦克斯韦方程组的演绎与归纳意义只有在探讨的方式下才能被正确地理解[3]。

2.2 麦克斯韦方程组建立在物质性的基础上物质是不依赖于人的意识而独立存在的。电磁场不具有实物性，它也没有静止质量，但是电磁场同具有静止的实物一样，都是物质的一种特殊形式，是真实的客观存在的。电场和磁场是基本的物理量，在实验中可以测量他们，而且场的这一思想已经成为人们认识微观物理或微观物质世界的重要范畴。

按高斯定理，可以得到磁场B在空间任何一点的散度为零，即：•B=0。从矢量分析可知，某一矢量的散度为零，则可以把该矢量写作另一个矢量的旋度，即可以把B写成为B=×A，A就是电磁理论中从数学角度引入的电磁矢势，用A来描写磁场B更加方便，或者说A是B的辅助量，B才是基本量，是实在的。换句话说：麦克斯韦方程组的建立是在电场和磁场两个基本量上，而电场和磁场又是实实在在的物质，所以说麦克斯韦方程组是建立在物质性的基础上[4]。

2.3 实践是检验麦克斯韦方程组的正确性的唯一标准科学的正确是否离不开实验的检验，麦克斯韦建立的麦克斯韦方程组也同样离不开实验对它的检验。麦克斯韦是在库仑、高斯、欧姆、安培、毕奥、萨伐尔、法拉第等人的一系列发现和实验成果的基础上，运用拉格朗日和哈密顿的数学方法，凭借物理学家大师独有的美感，引入“位移电流”的概念，建立了著名的麦克斯韦方程组。

麦克斯韦方程组最重要的特点是它揭示了电磁场的内部作用和运动。变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。麦克斯斯韦首先从这方程组在理论上预言了电磁波的存在，并指出光波就是一种电磁波。实际上，电磁波的存在、发现和应用是电磁场理论的必然结果．在麦克斯韦电磁场理论发现20年后，赫兹在实验中发现了电磁波，之后人们又发现电磁波与光波具有相同的性质，光波只是电磁波谱中很小的一部分，从而揭示了电、磁、光现象的统一性。实践是检验真理的唯一标准，电磁波的发现有力地证明了麦克斯韦电磁场理论的正确性。因此，人们只有通过以后实践才能直接地把指导实践的认识同实践产生的客观结果相比较对照，使麦克斯韦方程组获得现实的证据。

2.4 麦克斯韦方程组的对称性对称性是人们在观察自然和认识自然的过程中所产生的一种信念或方法。麦克斯韦方程组具有优美的对称性，反映了普遍情况下电荷电流激发电磁场以及电磁场内部矛盾运动的规律。

麦克斯韦方程组是宏观电磁现象的理论基础，它的应用范围及其广泛，利用它原则上可以解决各种宏观电磁现象。电磁场的计算都可以归结为对这组方程的求解过程。稳恒电磁场只不过是=0，=0的特殊情况下的麦氏方程，在讨论电磁波及在真空中的传播问题时，也只需令ρ=0，J=0，就可以得到关于E和B的完全对称的波动方程：

E-=0（1）

B-=0（2）

对电磁波的辐射问题，我们可以引入电磁场的矢势A及标势φ，使B=×A及E=-φ从而由麦克斯韦方程组得到A和φ满足的基本方程。在洛仑兹规范下，其形式为：

A-=-μJ（3）

-=-（4）

它和麦氏方程组完全等价，是非齐次的波动方程。我们同样注意到，这两个方程具有优美的对称性[5]。

麦克斯韦方程组揭示了电场与磁场相互转化中产生的对称性优美，这种优美的以现代数学形式得到充分的表达。

2.5 麦克斯韦方程组的统一性追求物理学的统一，用最简洁的理论描述物理世界，是物理学家梦寐以求的目标。正如用爱因斯坦所说“从那些看来与直接可见的真理十分不同的各种复杂现象中认识到它们的统一性，那是一种壮丽的感觉”。物理学发展的历史，就是一个不断由小的统一走向大的统一的历史。而麦克斯韦方程组的建立对于物理学理论的统一起到了重要作用。首先，麦克斯韦方程组完成了电、磁、光的统一。如果把4个一阶的偏微分方程，化为两个二阶的偏微分方程，在无介质自由空间，方程形式如式（1）和（2）。

将这两个方程与数理方程中的波动方程作类比可以发现，电场和磁场都满足波动方程，也就是说电场和磁场都是一种波。麦克斯韦预言这种波就是电磁波，电场和磁场是电磁波的两个分量，这种波和其他的波一样，可以脱离源而辐射出去。根据麦克斯韦方程组可以导出，电磁波在真空中的传播速度刚好等于光在真空中的传播速度，据此，麦克斯韦进一步预言光也是一种电磁波，并提出光的电磁理论。后来赫兹证实了电磁波的存在。因此，麦克斯韦在19世纪60年代实现了物理学的一次大统一，即电、磁、光的大统一。

3结束语

物理学与哲学的关系是相当密切的,对于麦克斯韦方程组我们只有深刻地理解它所蕴含的物理意义，才能理解到它的哲学思想。麦克斯韦方程组哲学研究的途径之一是从通过对麦克斯韦方程组概念理解和麦克斯韦方程组意义的阐释入手，提高到哲学高度进行分析，进而促进了麦克斯韦方程组哲学的发展。麦克斯韦方程组的哲学问题很多，本文仅从几个方面进行了一些进行了哲学探讨，希望读者能够通过这些哲学问题的探讨，对麦克斯韦方程组有一个更深的认识。

参考文献：

[1]薛晓舟，张会.现代物理学哲学问题.开封：河南大学出版社，1996，1-2.

[2]王翠英.马克思主义哲学原理.兰州：兰州大学出版社，2006，110-111.

[3]周剑铭.麦克斯韦方程组的文化阐释..cn/qkpdf/jjgc/jjgc201105/jjgc201105172-1.pdf" style="color:red" target="_blank">原版全文 推荐访问： 方程组 哲学思想 探讨 麦克斯韦