(四)光是电磁波的发现

当光的弹性以太理论遇到许多困难的时候，电磁学的一系列发现，揭示了光与电磁的内在联系，证明了光是电磁波。

1845 年法拉第发现了光的振动面在强磁场中的旋转。这表示光学现象与磁学现象间存在内在的联系。当他用一束偏振光顺着磁力线方向透过置于强电磁铁的两个磁极之间的“重玻璃”时，利用尼科耳棱镜，他发现， 光的偏振面发生了一定角度的偏转，磁力越强，偏转角越大。这就是法拉第的磁致旋光效应。这个发现载于他的《电学的实验研究》第十九部分。法拉第兴奋地说：“我确信，光与电和磁的关系是从这里开始被发现的” “这件事更有力地证明，一切自然力都是可以互相转化的，有着共同的起源。”[2]我们知道，这种效应实际上是磁场使位于其中的物质受到影响， 间接地使光的偏振面发生旋转，并非磁场对光的直接作用。

在电磁学中，电量的单位有静电单位与电磁单位。电量的静电单位是根据库仑定律定义的：一个静电单位的电荷，对一个相距一厘米远的同样电荷的排斥力是一达因。在电磁单位中，电流强度的单位定义为：在两根相距一厘米的长平行导线上，当它们的每单位长度彼此以二达因的力相互作用时所流过的电流。由此就可以得到电量的电磁单位的定义：单位电流强度在单位时间内流过的电量。1856 年韦伯和柯尔劳斯在莱比锡做的电学实验结果，发现电荷的电磁单位和静电单位的比值等于光在真空中的传播速度，即 3×108m/s。[10]这一惊人的结果进一步揭示了电磁现象和光现象之间的联系，这是对于光的电磁理论具有根本性意义的一个重要发现。[2]

1865 年，麦克斯韦发表了一篇著名的论文《电磁场的动力理论》。在这篇文章中他提出了完整的电磁场方程组。从方程组推出了电场强度 E 和磁感应强度 B 的波动方程。方程表明电场和磁场以波动形式传播，两者相互垂直并都垂直于传播方向。变化的电场和磁场构成了统一的电磁场，它们以横波的形式在空间传播，形成电磁波，并求出电磁波的传播速度为

v − 1

μ和ε分别为介质的磁导率和介电常数，于是在真空中的 1 之值

等于电量的电磁单位与静电单位之比，其值为 3×108m/s 恰好等于由实验测定的光速。这个奇妙的结果促使麦克斯韦在他的思想里实现了一个极具创造性的巨大飞跃：“两个结果的一致性表明，光和磁乃是同一实体的属性的表现，光是一种按照电磁定律在场内传播的电磁扰动。”[2]后来，他在给威廉·汤姆孙的信中写道：“我得出了自己的方程。我住在外省，我并不怀疑，我所得出的磁效应的传播速度与光速很接近，因此我想，我有一切根据可以认为，磁的介质和光传播的介质是同一个介质⋯⋯。”[4]

1868 年，麦克斯韦发表了一篇短而重要的论文《关于光的电磁理论》， 明确地把光概括到电磁理论中，这就是著名的麦克斯韦创立的电磁波学说。这样，麦克斯韦就把原来相互独立的电学、磁学和光学这三个重要的物理学领域结合起来。成为 18 世纪中叶物理学上实现的一个重大综合。[2]

1886 年 10 月，德国物理学家赫兹(Heinrich Hertz，1857—1894)在作放电实验时，偶然发现近旁一个线圈也发出火花，赫兹敏锐地想到这可能是电磁共振。于是他从 1886 年 10 月 25 日开始集中力量进行验证麦克斯

韦的电磁波是否存在的实验。1886 年 12 月 2 日赫兹发现“两个电振荡之间成功地引起了共振现象”。他用火花隙振荡放电作电磁波发射体，通过改变感应线圈火花间隙处所附的金属电极的形状和大小来控制火花振荡的频率。用一个开口线圈作接收天线。开口线圈的两端装有两个小铜球。在这两个小铜球之间，每通过一次火花，就表示接收到了一个入射电磁波。当他把接收天线放在感应圈附近，他观察到当感应圈两极间有火花跳过时，接收天线的间隙处也有火花跳过，从而证实了电磁波的存在。[2]

1888 年，赫兹直接从频率和波长测量了电磁波的传播速率。[10]接着他又用这个简单的仪器证明了这种电磁辐射具有和光类似的特性，包括在固体表面上的反射，用金属凹面镜聚焦，通过小孔时的衍射，显示干涉效应，以及通过非导体材料时的折射等等，至此就确立了光的电磁理论的基础。[2]

1896 年洛伦兹(H.A.Lorentz)创立了电子论，他认为原子和分子内含有带负电的电子，在无外力时电子处于平衡位置；在外力作用下，电子作阻尼振动而产生光的辐射，当光通过介质时，介质中电子的自然频率与外场的频率相同时，则受缚电子成为吸收体。这样，利用洛伦兹电子论不仅解释了发光和物质吸收的现象，也解释了光在物质中传播的各种特点。[14]光的电磁理论在整个物理学的发展中起着很重要的作用，它指出光和

电磁现象的一致性，并且再一次证明了自然现象存在着相互联系这一辩证唯物论的基本原理，使人们在认识光的本性方面向前迈出了一大步。