大學(xué)物理學(xué)科學(xué)家介紹麥克斯韋

1、科學(xué)家介紹 麥克斯韋（James Clerk Maxwell.1831-1879年） 在法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的1831年，麥克斯韋在英國的愛丁堡出生了。他從小聰明好問。父親是個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)師，很賞識(shí)自己兒子的才華，常帶他去聽愛丁堡皇家學(xué)會(huì)的科學(xué)講座。10歲時(shí)送他到愛丁堡中學(xué)。在中學(xué)階段，他就顯示出了在數(shù)學(xué)和物理方面的才 能，十五歲那年就寫了一篇關(guān)于卵形線作圖法的論文， 被刊登在愛丁堡皇家學(xué)會(huì)學(xué)報(bào)上。1847年，16歲的麥克斯韋考入愛丁堡大學(xué)。1850年又轉(zhuǎn)入劍橋大學(xué)。 他學(xué)習(xí)勤奮，成績優(yōu)異，經(jīng)著名數(shù) 學(xué)家霍普金斯和斯托克斯的指點(diǎn)，很快就掌握了當(dāng)時(shí) 先進(jìn)的數(shù)學(xué)理論。這為他以后的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)

2、。1854年在劍橋大學(xué)畢業(yè)后，曾先后任亞伯丁馬里 夏爾學(xué)院、倫敦皇家學(xué)院和劍橋大學(xué)物理學(xué)教授。他 的口才不行，講課效果較差。 麥克斯韋在電磁學(xué)方面的貢獻(xiàn)是總結(jié)了庫侖、高斯、安培、法拉第、諾埃曼、湯姆孫等人的研究成果，特別是把法拉第的力線和場的概念用數(shù)學(xué)方法加以描述、論證、推廣和提升，創(chuàng)立了一套完整的電磁場理論。他自己在1873年談?wù)撍木拗妼W(xué)和磁學(xué)通論時(shí)曾說過：“主要是懷著給（法拉第的）這些概念提供數(shù)學(xué)方法基礎(chǔ)的愿望，我開始寫作這部論著。” 18551856年，他發(fā)表了第一篇關(guān)于電磁理論的論文：論法拉第的力線。在這篇文章中，他把法拉第的力線和不可壓縮流體中的流線進(jìn)行類比，用數(shù)學(xué)形式-矢量場

3、-來描述電磁場，并總結(jié)了6個(gè)數(shù)學(xué)公式（有代數(shù)式、微分式和積分式）來表示電流、電場、磁場、磁通量以及矢勢之間的關(guān)系。這是他把法拉第的直觀圖像數(shù)學(xué)化的一次嘗試，此后麥克斯韋電磁場理論就是在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。 1860年麥克斯韋轉(zhuǎn)到倫敦皇家學(xué)院任教。一到倫敦，他就帶著這篇論文拜訪年近古稀的法拉第。法拉第4年前看到過這篇論文，會(huì)見時(shí)對麥克斯韋大加贊賞的說：“我不認(rèn)為自己的學(xué)說一定是真理，但你是真正理解它的人。”“這是一篇出色的文章，但你不應(yīng)該停留在用數(shù)學(xué)來解釋我的觀點(diǎn)，而應(yīng)該突破它。”麥克斯韋大受鼓舞，而且后來也確實(shí)沒有辜負(fù)老人的期望。 1861年麥克斯韋對法拉第地磁感應(yīng)現(xiàn)象進(jìn)行深入分析時(shí)，認(rèn)為即

4、使沒有導(dǎo)體回路，變化的磁場也應(yīng)在其周圍產(chǎn)生電場。他把這種電場稱為感應(yīng)電場。有導(dǎo)體回路時(shí)，這電場就在回路中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢從而激起感應(yīng)電流。這一假設(shè)是對法拉第實(shí)驗(yàn)結(jié)論的第一個(gè)突破，它揭示了變化的磁場和電場相聯(lián)系。 同年12月，在給湯姆孫的信中，麥克斯韋提出了位移電流的概念，認(rèn)為對變化的電磁現(xiàn)象來說，安培定律的電流項(xiàng)中必須加入電場變化率一項(xiàng)才能與電荷守恒無矛盾，這一說法又是一個(gè)一流的獨(dú)創(chuàng)，它揭示了變化的電場和磁場相聯(lián)系。 1862年麥克斯韋發(fā)表了論物理的力線一文。這篇論文除了更仔細(xì)地闡述位移電流概念（先是從電介質(zhì)中的，再是真空即以太中的）外，主要是提供一種以太管模型來構(gòu)造法拉第的力線并用以解釋排斥、

5、吸引、電流產(chǎn)生磁場、電磁感應(yīng)等現(xiàn)象。這個(gè)模型現(xiàn)在看來比較勉強(qiáng)，麥克斯韋本人此后也再?zèng)]有使用這樣的模型。 1864年，麥克斯韋發(fā)表了電磁場的動(dòng)力論 。在這篇論文中,他明確地把自己的理論叫做“場的動(dòng)力理論”，而且定義“電磁場是包含和圍繞著處于電或磁的狀態(tài)之下的一些物體的那一部分空間，它可以充滿著某種物質(zhì)，也可以被抽成真空”。在這一篇論文中他提出一套完整的方程組（共有20個(gè)方程式），并由此方程組推導(dǎo)出了電場和磁場相互垂直而且和傳播方向相互垂直的電磁波。他給出了電磁波的能量密度以及能流密度公式。更奇妙的是，從這一方程組中，他得出了電磁波的傳播速度是，在真空中是，而其值等于，正好等于由實(shí)驗(yàn)測得的光速（這

6、一巧合，在1863年他和詹金研究電磁學(xué)單位制時(shí)也得到過）。這一結(jié)果促使麥克斯韋提出“光是一種按照電磁規(guī)律在場內(nèi)傳播的電磁擾動(dòng)”的結(jié)論。這一點(diǎn)在1868年他發(fā)表的關(guān)于光的電磁理論中更明確地肯定下來了。20年后赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這個(gè)論斷。就這樣，原理被認(rèn)為是互相獨(dú)立的光現(xiàn)象和電磁現(xiàn)象相互聯(lián)系起來了。這是在牛頓之后人類對自然的認(rèn)識(shí)上又一次大綜合。 1873年，麥克斯韋出版了他的關(guān)于電磁學(xué)研究的總結(jié)性論著電學(xué)和磁學(xué)通論。在這本書中他匯集了前人的發(fā)現(xiàn)和自己的獨(dú)創(chuàng)，對電磁場的規(guī)律作了全面系統(tǒng)而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼撌觯瑢懴铝?1個(gè)方程（以矢量形式表示）。他還證明了“唯一性定理”，從而說明了這一方程組是完整而充分地反映了電磁場運(yùn)動(dòng)的規(guī)律（現(xiàn)代教科書中用4個(gè)公式表示的完整方程組是1890年赫茲寫的）。就這樣，麥克斯韋從法拉第的力線概念出發(fā)，經(jīng)過堅(jiān)持不懈的研究得到了一套完美數(shù)學(xué)理論。這一理論概況了當(dāng)時(shí)已發(fā)現(xiàn)的所有電磁現(xiàn)象和光現(xiàn)象的規(guī)律，它是在牛頓建立力學(xué)理論之后的又一光輝成就。 電學(xué)和磁學(xué)通論出版后，麥克斯韋即轉(zhuǎn)入籌建卡文迪什實(shí)驗(yàn)室的工作并擔(dān)任了它的第一任主任（該實(shí)驗(yàn)室后來出了湯姆孫、盧瑟福等一流的物理學(xué)家）。整個(gè)卡文迪什遺作的繁重工作耗費(fèi)了他很大的精力。1879年，年僅48歲的麥克斯韋由于肺結(jié)核不治而過早地離開了人間。 麥克斯韋除了在電磁學(xué)方面