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最美物理公式获拓展!MIT团队突破经典电磁理论在纳米尺度下失效问题

如果要溯源当代电力科技,以及人们日常已无法摆脱的各种电子产品, 詹姆斯 · 克拉克 · 麦克斯韦一定是当之无愧的开山鼻祖。

我们应该从中学物理课本上就了解过“麦克斯韦方程组” 。2004 年,英国的科学期刊《物理世界》举办了票选科学史上最伟大公式的活动。麦克斯韦方程组力压质能方程、欧拉公式、牛顿第二定律、勾股定理、薛定谔方程等”方程界“的巨擘,高居榜首。

麦克斯韦在 1865 年提出的最初的方程组形式,由 20 个等式和 20 个变量组成。随后他在 1873 年尝试用四元数来表达,却并未成功。

近二十年后的 1884 年,奥利弗 · 赫维赛德和约西亚 · 吉布斯两名数学物理学家以矢量分析的形式更 “优雅” 地把方程组表达出来,成为我们现在所看到的麦克斯韦方程组的样子。150 多年过去了,很难想象如果当初麦克斯韦没有统一电和磁,让人们拥有处理电磁场和光的能力,如今的生活会是什么样子。

作为经典电磁学的基础,麦克斯韦方程组适用于几乎所有范畴,包括纳米尺度的微纳光子学的绝大部分。但是,当几何结构的尺度缩小至电子系统尺度量级时,由于经典电磁学中并没有包含电子尺度的信息,经典电磁理论无法准确预测该范围的实际测量结果。

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