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麦克斯韦方程组以一种近乎完美的方式统一了电和磁，并预言光就是一种电磁波，这是物理学家在统一之路上的巨大进步。很多人都知道麦克斯韦方程组，知道它极尽优美，但是能看懂这组方程的人却不多，因为它需要用到微积分，并不像许多方程那样简单直观。

因此，《什么是麦克斯韦方程组》会依然延续「长尾科普系列」的风格，继续用通俗的语言和缜密的逻辑将麦克斯韦方程组的前前后后都讲清楚，让不懂微积分的中小学生也能轻松读懂这组伟大的方程。

全书行文流畅，语言生动，图文并茂，可读性强。是一部不可多得的原创科普佳作。

强烈推荐给对世界充满好奇心的8-120岁的“少年”。

第一篇积分篇

01电磁统一之路 

02库仑的发现 

03电场的叠加 

04通量的引入 

05电场的通量 

06矢量的点乘 

07闭合曲面的电通量 

08方程一： 高斯电场定律（积分形式） 

09方程二： 高斯磁场定律（积分形式） 

10电磁感应 

11电场的环流 

12方程三： 法拉第定律（积分形式） 

13安培环路定理 

14方程四： 安培麦克斯韦定律（积分形式） 

15麦克斯韦方程组（积分形式） 

16结语 

第二篇微分篇

17微分形式的静电 

18初入江湖的 

19从导数说起 

20多个变量的偏导数 

21全微分 

22再谈矢量点乘 

23坐标系下的点乘 

24梯度的诞生 

25梯度的性质 

26?算子 

27梯度、散度和旋度 

28电场强度的散度 

29为何这两种散度是等价的？ 

30散度的几何意义 

31方程一： 高斯电场定律（微分形式） 

32方程二： 高斯磁场定律（微分形式） 

33旋度 

34矢量的叉乘 

35方程三： 法拉第定律（微分形式） 

36旋度的几何意义 

37方程四： 安培麦克斯韦定律（微分形式） 

38麦克斯韦方程组（微分形式） 

39结语 

第三篇电磁波篇

40什么是波？ 

41波的本质 

42张力 

43波的受力分析 

44波的质量分析 

45波的加速度分析 

46方程的改造 

47经典波动方程 

48复盘 

49真空中的麦克斯韦方程组 

50叉乘的叉乘 

51旋度的旋度 

52拉普拉斯算子2 

53见证奇迹的时刻 

54电磁波的速度 

55结语 

扩展阅读一从麦克斯韦方程组到狭义相对论

01电磁波 

02参考系 

03历史 

04以太 

05相对性原理 

06狭义相对论 

扩展阅读二一个有趣的小问题

参考文献 

后记 

长尾君，原名张文，2018年5月开始以“长尾科技”之名在公众号上发表相对论的科普文章。此后，秉着“想学什么就尝试去科普什么，只有给人讲清楚了，才算学明白了”的费曼式学习态度，在“以科普促学习”的道路上越走越远。长尾君重点关注物理、数学、哲学以及中小学生的科学教育，坚持以极为通俗的语言和缜密的逻辑把复杂的科学问题说清楚，希望更多人能感受到科学的美丽。已出版畅销书《什么是高中物理》《什么是相对论（狭义篇）》《什么是麦克斯韦方程组》。

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电动力学本身就是一个相对论的理论，因此，只要足够小心，在学习电动力学的过程中就会发现一些有趣的现象，他们已经包含了狭义相对论的种子。在这里，我给大家举一个简单的小例子。

如果在运动的火车上放一个静止的电荷，对火车系来说，这就是一个静止的电荷，它就会在周围产生一个静电场。但对地面系来说，火车上的人会觉得这里只有一个静电场，没有磁场，拿一个小磁针在这里测量，小磁针也不会偏转；而地面上的人却觉得这里有磁场，拿小磁针来测量，小磁针会偏转。

火车上觉得没有磁场，小磁针不会偏转；地面上的人觉得运动电荷产生了磁场，小磁针会偏转。那你觉得他们谁说得对？这里究竟有没有磁场？

编辑推荐

1、一个高深的物理理论诞生的来龙去脉、原理本质、思想方法和推导过程讲的一清二楚，附带讲了电磁学的基本原理和本质，还讲了微积分的基本原理和方法，一本书把中学和大学的相关内容讲通透了。

2、长尾科普系列 已经出版4本：

01-《什么是高中物理》

02-《什么是相对论（狭义篇》

03-《什么是量子力学》

04-《什么是麦克斯韦方程组》

前言

　　2018年5月，当我在公众号写下第一篇关于相对论的科普文章时，不会想到有一天我的文字会以纸质书的形式出现，更加想不到不只出版一本，而是会有一个系列。

　　其实，早在2019年2月，清华大学出版社的胡编辑就找到我，说相对论系列的文章写得不错，问我是否考虑出书。那时候我的文章还都是一些短文，质量也一般（相对后来的主线长文来说），因此就拒绝了。

　　我的第一篇长文是从谈“宇称不守恒”开始的。一开始我也没打算把文章写得特别长，只是发现为了把宇称不守恒讲清楚，就需要费不少笔墨。然后这篇文章就火了，它在知乎被推上热榜，在微信公众号被很多“大号”转载，阅读量也随之暴涨，我突然发现原来这种深度长文还是很受欢迎的。于是趁热打铁，继续科普杨振宁先生更加重要的杨米尔斯理论，然后这篇文章就更火了。因为杨振宁先生和清华大学的关系非同一般，所以这两篇文章在清华大学传播得还挺广，随后胡编辑就“二顾茅庐”了。

　　经此一役，我彻底确定了自己的文风。我发现与其为了追求更新频率写一些短文，还不如花精力把一个问题彻底讲透，打磨一篇长文。虽然文章的更新频率降低了，但文章质量却有了极大的提高，影响力也更大了，我称这种高质量长文为“主线文章”。

　　与此同时，我发现了一件更加重要的事： 当我试图把一个问题彻底讲清楚，特别是想给中小学生也讲清楚的时候，文章的语言就必须非常通俗，逻辑就必须非常缜密，这个过程会倒逼我把问题想得非常清楚。因为你只要有一点想不明白，科普的时候就会发现难以说清楚，问题也就暴露出来了，于是我们就可以针对这一点继续学习。如果没有这个过程，我们无法知道自己到底哪里不懂，学的时候感觉都懂了，一考试又不会，跟别人讲也讲不清楚。这种以输出倒逼输入，以教促学，能极大提高自己学习效率的方法在《礼记·学记》里叫“教学相长”，在现代有一个很时髦的名字叫“费曼学习法”。

　　从此以后，我就迷上了写这种主线长文。2019年5月，我写了第一篇关于相对论的主线文章。因为爱因斯坦主要是从协调牛顿力学和麦克斯韦电磁理论的角度创立狭义相对论的，为了把这个过程理得更清楚，我从2019年7月开始连续写了3篇关于麦克斯韦方程组的文章。又因为麦克斯韦方程组是用微积分的形式写的，我在2019年12月又写了关于微积分的主线文章。也就是说，整个2019年，我一共写了6篇主线长文，文章的数量虽然大幅度减少了，但影响力却大大提高了。

　　进入2020年，我继续写关于相对论的主线文章。为了把爱因斯坦创立狭义相对论的过程搞清楚，我基本上把市面上所有相关的书籍都买了回来，在网上查询各种论文和资料，花了大半年时间写了两篇共约5万字的主线文章。这虽然是两篇科普文章，但我却感觉是用通俗的语言完成了一篇科学史论文。与此同时，胡编辑“三顾茅庐”希望出版，但我仍然拒绝了。一来我觉得狭义相对论的内容还没写完，二来我不知道这样出书的价值在哪里，大家在手机里不一样可以看文章么？于是我继续埋头写文章，不管出书的事。

　　写完关于狭义相对论的三篇主线文章以后，不知道出于什么原因（好像是因为听到很多朋友说自己的孩子到了高中就觉得物理很难，不怎么喜欢物理了），我决定先写一篇关于高中物理的主线文章，帮助中学生从更高的视角看清高中物理的脉络，顺便也应付一下考试。这篇字数高达4.5万的文章于2021年1月完成，它是我第一篇阅读量“10万 ”的文章，也第一次让我知道原来公众号最多只能写5万字。因为这篇文章的读者主要是中学生，而中学生又不能随时看手机，所以，当胡编辑再次跟我建议以这篇文章为底出一本面向中学生的科普书时，我同意了。

　　于是，2021年3月我将书稿交给清华大学出版社，长尾科普系列的第一本书《什么是高中物理》就在2021年8月正式出版了。在此之前，很多家长都是把我的文章打印下来给孩子看的，整个过程麻烦不说，阅读体验也不好，现在就可以直接买书了。有了纸质书，大家还可以很方便地送亲戚、送朋友、送学生，反而拓宽了读者范围。这件事情也让我意识到： 如果想让中小学生尽可能多地看到我写的东西，那出书就是一项非常重要而且必要的工作。于是，我的出书进程加快了。

　　当我在2021年5月完成了质能方程的主线文章后，狭义相对论的部分就完结了，于是就有了长尾科普系列的第二本书《什么是相对论（狭义篇）》。接着，我又花了近一年时间，于2022年4月完成了关于量子力学的科普文章，这就是长尾科普系列的第三本书《什么是量子力学》。再加上2019年就写好了的三篇关于麦克斯韦方程组的长文，第四本书《什么是麦克斯韦方程组》也出来了。

　　如此一来，到了2023年，我一共出版了四本书，“长尾科普系列”初具雏形（想查看该系列的全部书籍，可以看看本书封底后勒口的“长尾科普系列”总目录，或者在公众号“长尾科技”后台回复“出书”）。当然，既然是系列，那后面就肯定还有更多的书，它们会是什么样子呢？

　　很明显，我现在对相对论和量子力学非常感兴趣。我写了很多关于狭义相对论的文章，为了更好地理解狭义相对论，我就写了麦克斯韦方程组，为了更好地理解麦克斯韦方程组，我又写了微积分，这就是我写文章的内在逻辑。现在狭义相对论写完了，那接下来自然就要写广义相对论，对应的书名就是《什么是相对论（广义篇）》。而广义相对论又跟黑洞、宇宙密切相关，所以后面肯定还要写与黑洞和宇宙学相关的内容。

　　此外，量子力学我才刚开了一个头。《什么是量子力学》也只是初步介绍了量子力学的基本框架，那后面自然还要写量子场论、量子力学的诠释、量子信息等内容，最后再跟广义相对论在量子引力里相遇。总的来说，相对论和量子力学的后续文章还是比较容易猜的，我依然会用通俗的语言和缜密的逻辑带领中小学生走进现代科学的前沿。至于数学方面，我一般都是科普物理时用到了什么数学，就去写相关的数学内容。

　　我对“科学”这个概念本身也极感兴趣。科学这个词在现代已经被用滥了，大家说一个东西是“科学的”，基本上是想说这个东西是“对的，好的，合理的”，它早已经超出了最开始狭义上自然科学的范畴。在这样的语境下，我们反而难以回答到底什么是科学了。所以，我希望能够像梳理爱因斯坦创立狭义相对论的历史那样，把“科学到底是怎么产生的”也梳理清楚，然后再来回答“什么是科学”。而大家也知道，追溯科学产生的历史就不可避免地要追溯到古希腊哲学，所以我又得去学习和梳理西方哲学，这样一来工作量就大了。

　　因此，光是想想上面两部分内容，我估计没有一二十年是搞不定的，“长尾科普系列”实在是任重而道远。好在我自己倒是非常喜欢这样的学习和思考工作，并且乐此不疲，时间长就长一点吧。

　　最后，我一直非常重视中小学生这个群体，很希望他们也能读懂我的文章，毕竟他们才是国家科学的未来。因此，我会在不影响内容深度的前提下，不断尝试提高文章的通俗度，降低阅读门槛，努力在科普的深度和通俗度之间做到一个合适的平衡。就目前的效果来看，现在这种形式大概可以做到让中学生和部分高年级小学生能看懂，再往下就会有点吃力了。因此，如果还想进一步降低阅读门槛，让科学吸引更多的人，那就得尝试一些新的表现形式了。比如，我可以尝试把爱因斯坦创立相对论的过程用小说的形式表现出来，将自然科学的观念放在小说的背景里潜移默化地影响人，量子世界的各种现象其实也很适合侦探小说的形式，这些想想就很刺激。更进一步，如果可以通过这样的方式将科学思想、科学精神影视化，那影响范围就进一步扩大了。

　　想远了，不过这确实是我远期的想法。梦想总是要有的，万一有时间去实现呢？至于以后“长尾科普系列”会不会包含这方面的内容，那就只有交给时间来证明了。

长尾君

书籍介绍

麦克斯韦方程组以一种近乎完美的方式统一了电和磁，并预言光就是一种电磁波，这是物理学家在统一之路上的巨大进步。很多人都知道麦克斯韦方程组，知道它极尽优美，但是能看懂这组方程的人却不多，因为它需要用到微积分，并不像许多方程那样简单直观。

因此，这本书会依然延续“长尾科普系列”的风格，继续用通俗的语言和缜密的逻辑将麦克斯韦方程组的前前后后都讲清楚，让不懂微积分的中小学生也能轻松读懂这组伟大的方程。