詹姆斯·麥克斯韋

1、.詹姆斯·麥克斯韋超越時代的詹姆斯·麥克斯韋最近，英國播送公司評選出了近一千年最偉大的十位思想家，英國物理學(xué)家詹姆斯·麥克斯韋JamesMaxwell榜上有名。由于不少人對麥克斯韋的科學(xué)奉獻、對麥克斯韋于人類社會的深化思想影響知之不多，故在此作一簡單介紹。19世紀(jì)末是經(jīng)典物理學(xué)向現(xiàn)代物理學(xué)轉(zhuǎn)化的時期，麥克斯韋那么是科學(xué)革命前的重要轉(zhuǎn)折人物。一方面，他是近代物理學(xué)的巨匠、經(jīng)典物理學(xué)大廈的主要完成者之一；另一方面，他由于加速了牛頓力學(xué)觀的崩潰而成為現(xiàn)代物理學(xué)的先驅(qū)。麥克斯韋對科學(xué)的偉大奉獻在于他提出和開展了新的世界觀，為將來的科學(xué)研究指明了方向。他的電磁學(xué)理論通向相對

2、論；他的氣體動力學(xué)理論對量子論起過作用；他籌建并指導(dǎo)的卡文迪許實驗室引導(dǎo)了實驗原子物理學(xué)的開展。這一切使他成為牛頓之后、愛因斯坦之前最重要的物理學(xué)家。麥克斯韋于1831年6月13日出生在蘇格蘭愛丁堡的一個名門望族，從小便顯露出數(shù)學(xué)天才。他在14歲時就寫了第一篇科學(xué)論文，次年發(fā)表在愛丁堡皇家學(xué)會的刊物上。1847年中學(xué)畢業(yè)后進入愛丁堡大學(xué)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)、物理學(xué)和哲學(xué)。1850年轉(zhuǎn)入劍橋大學(xué)三一學(xué)院，主攻數(shù)學(xué)和物理學(xué)。1854年以優(yōu)異成績畢業(yè)。19世紀(jì)上半葉，電磁學(xué)的實驗研究開展迅速，二三十年代發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)和電磁感應(yīng)現(xiàn)象，打破了電與磁是孤立現(xiàn)象的傳統(tǒng)觀念。但是電磁學(xué)的理論研究進展相對緩慢，無法建立

3、把電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象統(tǒng)一起來的理論體系。到1850年前后，電和磁的實驗和理論研究都積累了大量的、然而又是不全面的成果，迫切要求在更加普遍的觀點下加以概括和總結(jié)。但是當(dāng)時的人們受牛頓力學(xué)觀的影響，認為電力和磁力的作用和引力作用一樣是“超距作用。正是這種傳統(tǒng)觀念阻礙了電和磁的統(tǒng)一。直到法拉第提出“場的概念之后，這種錯誤的觀念才被打破，但是法拉第的思想?yún)s為當(dāng)時絕大多數(shù)科學(xué)家所輕視。麥克斯韋從劍橋大學(xué)畢業(yè)后不久就開場研究電磁學(xué)。他選擇了“場的概念作為研究的出發(fā)點。在1855年到1864年間，麥克斯韋從場的觀點對法拉第電磁感應(yīng)定律進展了理論分析，提出了著名的麥克斯韋方程組。這組方程不僅標(biāo)志著經(jīng)典物理學(xué)大廈的

4、最后完成，而且預(yù)見了電磁波的存在，并證明電磁波傳播的速度與真空中的光速是一樣的。在此根底上，麥克斯韋認為光是頻率介于某一范圍之內(nèi)的電磁波。這是人類在認識光的本性方面的又一大進步。正是在這一意義上，人們認為麥克斯韋把光學(xué)和電磁學(xué)統(tǒng)一起來了，這是19世紀(jì)科學(xué)史上最偉大的綜合之一。今天看來，至少到19世紀(jì)末為止，沒有哪一種理論所起的作用能比得上電磁理論對人類社會生活發(fā)生的極其偉大的指導(dǎo)作用。在電磁理論形成以前，人類的活動中沒有電報、電燈、 、收音機、雷達、電視機，更沒有發(fā)電機、電動機、變壓器等。而這一切都是電磁理論的產(chǎn)物，是人類智慧的結(jié)晶?？梢哉f，電磁理論的形成和應(yīng)用是科學(xué)時代到來的標(biāo)志。電力的應(yīng)用

5、是繼機械力之后最偉大的動力革命，其對社會經(jīng)濟和生活的意義更遠遠超出機械力。20世紀(jì)計算機的開展也要依賴電磁理論。而今天，電磁波已經(jīng)成了信息時代最根本的物質(zhì)載體。1855年，劍橋大學(xué)懸賞解決土星光環(huán)的組成和穩(wěn)定性問題。麥克斯韋在嘗試解決這一問題的過程中對大量碰撞物體的運動問題發(fā)生了興趣，并試圖用概率理論加以研究。1859年，他運用概率理論導(dǎo)出了著名的麥克斯韋速度分布率。他的這一工作奠定了氣體統(tǒng)計力學(xué)的根底，標(biāo)志著物理學(xué)新紀(jì)元的開場。統(tǒng)計觀念確實立是近代物理學(xué)思想上的一個重要轉(zhuǎn)變，它不僅在近代機械自然觀上翻開了一個缺口，而且為量子力學(xué)的建立和開展提供了思想武器和方法工具。麥克斯韋的另一項重要工作是

6、籌建了劍橋大學(xué)的第一個物理實驗室著名的卡文迪許實驗室。該實驗室對整個實驗物理學(xué)的開展產(chǎn)生了極其重要的影響，眾多著名科學(xué)家都曾在該實驗室工作過。卡文迪許實驗室甚至被譽為“諾貝爾物理學(xué)獎獲得者的搖籃。作為該實驗室的第一任主任，麥克斯韋在1871年的就職演說中對實驗室將來的教學(xué)方針和研究精神作了精彩的闡述，是科學(xué)史上一個具有重要意義的演說。麥克斯韋的本行是理論物理學(xué)，但他卻清楚地知道實驗稱雄的時代還沒有過去。他批評當(dāng)時英國傳統(tǒng)的“粉筆物理學(xué)，呼吁加強實驗物理學(xué)的研究及其在大學(xué)教育中的作用，為后世確立了實驗科學(xué)精神。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(jì)科學(xué)革命降臨時才充分表達