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2023-01-30
麥克斯韋：經(jīng)典電動力學的創(chuàng)始人統(tǒng)計物理學的奠基人之一
更新時間：2022-08-14 11:26:55作者：未知
麥克斯韋的介紹
詹姆斯·克拉克·麥克斯韋（James Clerk Maxwell，1831?1879），出生于蘇格蘭愛丁堡，英國物理學家、數(shù)學家。經(jīng)典電動力學的創(chuàng)始人，統(tǒng)計物理學的奠基人之一。1831年6月13日生于蘇格蘭愛丁堡，1879年11月5日卒于劍橋。
1847年進入愛丁堡大學學習數(shù)學和物理，畢業(yè)于劍橋大學。他成年時期的大部分時光是在大學里當教授，最后是在劍橋大學任教。1873年出版的《論電和磁》，也被尊為繼牛頓《自然哲學的數(shù)學原理》之后的一部最重要的物理學經(jīng)典。麥克斯韋被普遍認為是對物理學最有影響力的物理學家之一。沒有電磁學就沒有現(xiàn)代電工學，也就不可能有現(xiàn)代文明。
麥克斯韋的生平
求學生涯
1846年智力發(fā)育格外早的麥克斯韋就向愛丁堡皇家學院遞交了一份科研論文。1847年16歲中學畢業(yè)，進入愛丁堡大學學習。這里是蘇格蘭的最高學府。他是班上年紀最小的學生，但考試成績卻總是名列前茅。他在這里專攻數(shù)學物理，并且顯示出非凡的才華。他讀書非常用功，但并非死讀書，在學習之余他仍然寫詩，不知滿足地讀課外書，積累了相當廣泛的知識。
在愛丁堡大學，麥克斯韋獲得了攀登科學高峰所必備的基礎訓練。其中兩個人對他影響最深，一是物理學家和登山家福布斯，一是邏輯學和形而上學教授哈密頓。福布斯是一個實驗家，他培養(yǎng)了麥克斯韋對實驗技術的濃厚興趣，一個從事理論物理的人很難有這種興趣。
他強制麥克斯韋寫作要條理清楚，并把自己對科學史的愛好傳給麥克斯韋。哈密頓教授則用廣博的學識影響著他，并用出色的怪異的批評能力刺激麥克斯韋去研究基礎問題。在這些有真才實學的人的影響下，加上麥克斯韋個人的天才和努力，麥克斯韋的學識一天天進步，他用三年時間就完成了四年的學業(yè)，相形之下，愛丁堡大學這個搖籃已經(jīng)不能滿足麥克斯韋的求知欲。
為了進一步深造，1850年，他征得了父親的同意，離開愛丁堡，到人才濟濟的劍橋去求學。赫茲是德國的一位青年物理學家，麥克斯韋的《電磁學通論》發(fā)表之時，他只16歲。在當時的德國，人們依然固守著牛頓的傳統(tǒng)物理學觀念，法拉第、麥克斯韋的理論對物質(zhì)世界進行了嶄新的描繪，但是違背了傳統(tǒng)，因此在德國等歐洲中心地帶毫無立足之地，甚而被當成奇談怪論。
當時支持電磁理論研究的，只有波爾茨曼和赫爾姆霍茨。赫茲后來成了赫姆霍茨的學生。在老師的影響下，赫茲對電磁學進行了深入的研究，在進行了物理事實的比較后，他確認，麥克斯韋的理論比傳統(tǒng)的“超距理論”更令人信服。于是他決定用實驗來證實這一點。
1886年，赫茲經(jīng)過反復實驗，發(fā)明了一種電波環(huán)，用這種電波環(huán)作了一系列的實驗，終于在1888年發(fā)現(xiàn)了人們懷疑和期待已久的電磁波。赫茲的實驗公布后，轟動了全世界的科學界，由法拉第開創(chuàng)、麥克斯韋總結的電磁理論，至此取得了決定性的勝利。麥克斯韋的偉大遺愿終于實現(xiàn)了。
科學研究
1850年轉(zhuǎn)入劍橋大學三一學院數(shù)學系學習，1854年以第二名的成績獲史密斯獎學金，畢業(yè)留校任職兩年。1856年在蘇格蘭阿伯丁的馬里沙耳任自然哲學教授。1860年到倫敦國王學院任自然哲學和天文學教授。1861年選為倫敦皇家學會會員。1865年春辭去教職回到家鄉(xiāng)系統(tǒng)地總結他的關于電磁學的研究成果，完成了電磁場理論的經(jīng)典巨著《論電和磁》，并于1873年出版。
1871年受聘為劍橋大學新設立的卡文迪什試驗物理學教授，負責籌建著名的卡文迪什實驗室。
1874年建成后擔任這個實驗室的第一任主任，直到1879年11月5日在劍橋逝世。
電磁情緣
回顧電磁學的歷史，物理學的歷程一直到1820年的時候都是以牛頓的物理學思想為基礎的。自然界的“力”——熱、電、光、磁以及化學作用正在被逐漸歸結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。在19世紀以前的40年中，出現(xiàn)了一種反對這種觀點的動向，這種觀點贊成“力的相關”。
1820年，奧斯特發(fā)現(xiàn)的電磁現(xiàn)象馬上成了這種新趨勢的第一個證明和極為有力的推動力，但當時的人又對此捉摸不定和感到困惑。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，法國科學家安培用數(shù)學方法總結了奧斯特的發(fā)現(xiàn)，并創(chuàng)立了電動力學，此后，安培和他的追隨者們便力圖使電磁的作用與有關瞬時的超距作用的現(xiàn)存見解調(diào)和起來。
麥克斯韋的電學研究始于1854年，當時他剛從劍橋畢業(yè)不過幾星期。他讀到了法拉第的《電學實驗研究》，立即被書中新穎的實驗和見解吸引住了。在當時人們對法拉第的觀點和理論看法不一，有不少非議。最主要原因就是當時“超距作用”的傳統(tǒng)觀念影響很深。另一方面的原因就是法拉第的理論的嚴謹性還不夠。
法拉第是實驗大師，有著常人所不及之處，但唯獨欠缺數(shù)學功力，所以他的創(chuàng)見都是以直觀形式來表達的。一般的物理學家恪守牛頓的物理學理論，對法拉第的學說感到不可思議。
有位天文學家曾公開宣稱：“誰要在確定的超距作用和模糊不清的力線觀念中有所遲疑，那就是對牛頓的褻瀆！”在劍橋的學者中，這種分歧也相當明顯。湯姆遜也是劍橋里一名很有見識的學者之一。
麥克斯韋對他敬佩不已，特意給湯姆遜寫信，向他求教有關電學的知識。湯姆遜比麥克斯韋大7歲，對麥克斯韋從事電學研究給予過極大的幫助。在湯姆遜的指導下，麥克斯韋得到啟示，相信法拉第的新論中有著不為人所了解的真理。
認真地研究了法拉第的著作后，他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)的青年科學家決定用數(shù)學來彌補這一點。1855年麥克斯韋發(fā)表了第一篇關于電磁學的論文《論法拉第的力線》。
一般認為麥克斯韋是從牛頓到愛因斯坦這一整個階段中最偉大的理論物理學家。1879年他在48歲時因病與世長辭。他光輝的生涯就這樣過早地結束了。
1865年開始，麥克斯韋辭去了皇家學院的教席，開始潛心進行科學研究，系統(tǒng)地總結研究成果，撰寫電磁學專著。
麥克斯韋生前沒有享受到他應得的榮譽，因為他的科學思想和科學方法的重要意義直到20世紀科學革命來臨時才充分體現(xiàn)出來。然而他沒能看到科學革命的發(fā)生。1879年11月5日，麥克斯韋因病在劍橋逝世，年僅48歲。那一年正好愛因斯坦出生。