結(jié)夏

人們熟知牛頓、愛因斯坦，有些時候甚至就像是他們的朋友，能夠輕松講述他們兒時的故事、曾經(jīng)說過的至理名言。可有這樣一個人，他與牛頓、愛因斯坦齊名，但他的故事卻鮮有人知。

詹姆斯·克拉克·麥克斯韋，英國著名的物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家，他的一生與電磁密不可分。1931年，愛因斯坦在麥克斯韋生辰百年紀念會上曾指出，他的工作是繼牛頓以來，物理學(xué)最深刻和最富有成果的工作。

麥克斯韋在物理學(xué)界創(chuàng)造出了天翻地覆的理論，這些理論標志著一個科學(xué)時代的終結(jié)和另一個科學(xué)時代的開始。

電與磁的淵源

我國早在公元前16世紀到公元前15世紀，殷商時代的甲骨文字中就有“雷”字。西周時代的青銅器上發(fā)現(xiàn)刻有“電”字。西漢末年，《年紀緯·考異郵》中有“玳瑁吸”的記載，它告訴人們經(jīng)過摩擦的玳瑁，能夠吸引微小的物體。東漢王充把頓牟（琥珀）摩擦后可以吸引微小物體與磁石吸引針的現(xiàn)象同時提出……

在歐洲，公元前600 年左右，古希臘七賢之一的泰勒斯做了一系列關(guān)于靜電的觀察。從這些觀察中，他認為摩擦使琥珀變得磁性化，這與磁鐵礦的性質(zhì)迥然不同……

為什么會產(chǎn)生這些吸引現(xiàn)象，從古至今，從國外到國內(nèi)，人們一直被電與磁困擾，并且一直試圖為二者關(guān)系提供最正確的解釋。

麥克斯韋與他的電磁學(xué)

回顧電磁學(xué)的歷史，在1820年以前都是以牛頓的物理學(xué)思想為基礎(chǔ)的。自然界的“力”——熱、電、光、磁以及化學(xué)作用正在被逐漸歸結(jié)為一系列流體的粒子間的瞬時吸引或排斥。人們已經(jīng)知道磁和靜電遵守類似引力定律的平方反比定律。到了1820年7月，丹麥物理學(xué)家漢斯·奧斯特公布的他所發(fā)現(xiàn)的電磁現(xiàn)象卻與前人有所不同。奧斯特所觀察到的電流與磁體間的作用有兩個基本點不同于已知的現(xiàn)象：它是由運動的電顯示出來的，而且磁體既不被引向帶電流的金屬線，也不被它推開，而是對于它橫向定位。同一年，法國科學(xué)家安德烈·瑪麗·安培用數(shù)學(xué)方法總結(jié)了奧斯特的發(fā)現(xiàn)，并創(chuàng)立了電動力學(xué)，此后，安培和他的追隨者們便力圖使電磁的作用與有關(guān)瞬時的超距作用的現(xiàn)存見解調(diào)和起來。

麥克斯韋的電學(xué)研究始于1854年，他被法拉第的《電學(xué)實驗研究》一書中新穎的實驗和見解吸引住了。麥克斯韋在劍橋?qū)W者約瑟夫·約翰·湯姆遜的指導(dǎo)下得到了啟示。他在認真地研究了法拉第的著作后，感受到力線思想的寶貴價值，也看到法拉第在定性表述上的弱點。于是這個剛剛畢業(yè)的青年科學(xué)家決定用數(shù)學(xué)思想來彌補這一點。1855年麥克斯韋發(fā)表了第一篇關(guān)于電磁學(xué)的論文《論法拉第的力線》。麥克斯韋在論文的開頭評論了當時電磁學(xué)的研究狀況，認為必須把已有的研究成果“簡化概括成一種思維易于領(lǐng)會的形式”。許多歷史學(xué)家認為這是麥克斯韋第一篇“偉大的”論文，也是他論述電和磁論文中的首篇。

隨后的9年中，麥克斯韋以前人的理論為基礎(chǔ)，采用嚴格的數(shù)學(xué)形式不斷完善他的電磁理論。1862年，他在英國《哲學(xué)雜志》上發(fā)表了第二篇論文《論物理的力線》。1865年，麥克斯韋在《倫敦皇家學(xué)會學(xué)報》上發(fā)表了第三篇論文《電磁場的動力學(xué)》。

麥克斯韋是繼法拉第之后，又一位集電磁學(xué)大成于一身的偉大科學(xué)家。他全面地總結(jié)了電磁學(xué)研究的全部成果，并在此基礎(chǔ)上提出了“感生電場”和“位移電流”的假說，建立了完整的電磁場理論體系，不僅科學(xué)地預(yù)言了電磁波的存在，而且揭示了光、電、磁現(xiàn)象的內(nèi)在聯(lián)系及統(tǒng)一性，完成了物理學(xué)的又一次大綜合。

麥克斯韋的電磁理論是建立在可靠的實驗定律基礎(chǔ)上的，盡管他的理論是完善的，但在當時并未得到承認。德國物理學(xué)家勞厄在《物理學(xué)史》中評論道：“盡管麥克斯韋理論具有內(nèi)在的完美性并和一切經(jīng)驗相符合，但它只能逐漸地被物理學(xué)家們接受。它的思想太不平常了，甚至像亥姆霍茲和玻耳茲曼這樣著名的、有異常才能的物理學(xué)家為了理解它也花費了幾年的力氣。”

麥克斯韋的遺產(chǎn)

麥克斯韋生前沒有享受到他應(yīng)得的榮譽，因為他的科學(xué)思想和科學(xué)方法的重要意義直到20世紀科學(xué)革命來臨時才充分體現(xiàn)出來。所以人們常說麥克斯韋是活躍在19世紀而對20世紀有著深遠影響的科學(xué)家。

麥克斯韋發(fā)現(xiàn)的電磁波，使得電視、無線電、雷達和移動電話的出現(xiàn)成為可能。他用紅黃藍三種顏色、以不同比例混合的加色原理制作出第一張彩色照片，使人們看到的美好事物，被完美地保存下來。他是應(yīng)用場方程表示物理過程的第一人，他的電磁場方程是啟發(fā)愛因斯坦創(chuàng)立狹義相對論的主要源泉，同時電磁場方程也在普朗克的能量量子發(fā)現(xiàn)中起了作用。

他的思想實驗——麥克斯韋妖，被創(chuàng)造性地應(yīng)用到信息理論和計算機科學(xué)中。

他設(shè)計并創(chuàng)建的卡文迪許實驗室是科學(xué)發(fā)現(xiàn)的搖籃，電子和DNA結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)就在其中……

當他正處于創(chuàng)造發(fā)明的頂峰時期，他的事業(yè)因他的早逝而中斷。麥克斯韋一生為我們留下了眾多的遺產(chǎn)，不應(yīng)該被遺忘。endprint