馬克士威方程組

馬克士威方程組 （ Maxwell's equations ） ， 或稱馬克士威 - 黑維塞方程組 （ Maxwell - Heaviside equations ） ， 是一組描述電場 、 磁場與電荷密度 、 電流密度之間關係的偏微分方程 。 該方程組由四個方程式組成 ， 分別是描述電荷如何產生電場的高斯定律 、 表明磁單極子不存在的高斯磁定律 、 解釋時變磁場如何產生電場的法拉第感應定律 ， 以及說明電流和時變電場怎樣產生磁場的麥克斯韋 - 安培定律 。 馬克士威方程組是因英國物理學家詹姆斯 · 馬克士威而命名 。 馬克士威在19世紀60年代構想出這方程組的早期形式 。 在不同的領域會使用到不同形式的馬克士威方程組 。 例如 ， 在高能物理學與引力物理學裏 ， 通常會用到時空表述的馬克士威方程組版本 。 這種表述建立於結合時間與空間在一起的愛因斯坦時空概念 ， 而不是三維空間與第四維時間各自獨立展現的牛頓絕對時空概念 。 愛因斯坦的時空表述明顯地符合狹義相對論與廣義相對論 。 在量子力學裏 ， 基於電勢與磁勢的馬克士威方程組版本比較獲人們青睞 。 自從20世紀中期以來 ， 物理學者已明白馬克士威方程組不是精確規律 ， 精確的描述需要藉助更能顯示背後物理基礎的量子電動力學理論 ， 而馬克士威方程組只是它的一種經典場論近似 。 儘管如此 ， 對於大多數日常生活中涉及的案例 ， 通過馬克士威方程組計算獲得的解答跟精確解答的分歧甚爲微小 。 而對於非經典光 、 雙光子散射 、 量子光學與許多其它與光子或虛光子相關的現象 ， 馬克士威方程組不能給出接近實際情況的解答 。 從馬克士威方程組 ， 可以推論出光波是電磁波 。 馬克士威方程組和勞侖茲力方程式是經典電磁學的基礎方程式 。 得益於這一組基礎方程式以及相關理論 ， 許多現代的電力科技與電子科技得以被髮明並快速發展 。