詹姆斯·克拉克·麦克斯韦

1、詹姆斯克拉克麦克斯韦詹姆斯克拉克麦克斯韦是伟大的英国物理学家， 1831 年生于苏格兰爱丁堡。他的智力发育格外早，年仅十五 岁时，就向爱丁堡皇家学院递交了一份科研论文。他就读于 爱丁堡大学，毕业于剑桥大学。他成年时期的大部分时光是 在大学里当教授，最后是在剑桥大学任教。他结过婚，但没 有孩子。他由于列出了表达电磁基本定律的四元方程组而闻名于世。 在麦克斯韦以前的许多年间，人们就对电和磁这两个领域进 行了广泛的研究，人们都知道这两者是密切相关的。适用于 特定场合的各种电磁定律已被发现，但是在麦克斯韦之前却 没有形成完整、统一的学说。麦克斯韦用列出的简短四元方 程组（但却非常复杂），就可以准确地描

2、绘出电磁场的特性 及其相互作用的关系。这样他就把混乱纷纭的现象归纳成为 一种统一完整的学说。麦克斯韦方程在理论和应用科学上都 已经广泛应用一个世纪了。麦克斯韦方程的最大优点在于它的通用性，它在任何情况下 都可以应用。在此以前所有的电磁定律都可由麦克斯韦方程 推导出来，许多从前没能解决的未知数也能从方程推导过程 中寻出答案。这些新成果中最重要的是由麦克斯韦自己推导出来的。根据 他的方程可以证明出电磁场的周期振荡的存在。这种振荡叫第 1 页电磁波，一旦发出就会通过空间向外传播。根据方程，麦克 斯韦就可以表达出电磁波的速度接近 300000 公里（186000 英里）秒，麦克斯韦认识到这同所测到的光

3、速是一样的。 由此他得出光本身是由电磁波构成的这一正确结论。 因此，麦克斯韦方程不仅是电磁学的基本定律，也是光学的 基本定律。的确如此，所有先前已知的光学定律可以由方程 导出，许多先前未发现的事实和关系也可由方程导出。在此 基础上，麦克斯韦认为光是频率介于某一范围之内的电磁 波。这是人类在认识光的本性方面的又一大进步。正是在这 一意义上，人们认为麦克斯韦把光学和电磁学统一起来了， 这是 19 世纪科学史上最伟大的综合之一。可见光并不是唯一的一种电磁辐射。麦克斯韦方程表明与可 见光的波长和频率不同的其它电磁波也可能存在。这些从理 论上得出的结论后来被海因利茨赫兹公开演示证明了。赫 兹不仅生产出而

4、且检验出了麦克斯韦预言存在的不可见光 波。几年以后，伽格利耶尔摩马可尼证明这些不可见光波 可以用于无线电通讯，无线电随之问世。今天我们也用不可 见光为电视通讯。 x 线、 线、红外线、紫外线都是电磁波 辐射的其它一些例子。所有这些射线都可以用麦克斯韦方程 来加以研究。虽然麦克斯韦成名主要是在于他对电磁学和光学做出的巨 大贡献，但是他对许多其它学科也做出了重要的贡献，其中第 2 页包括天文学和热力学。他的特殊兴趣之一是气体运动学。麦 克斯韦认识到并非所有的气体分子都按同一速度运动。有些 分子运动慢，有些分子运动快，有些以极高速度运动。麦克 斯韦推导出了求已知气体中的分子按某一速度运动的百分 比公

5、式，这个公式叫做“麦克斯韦分布式”，是应用最广泛 的科学公式之一，在许多物理分支中起着重要的作用。 麦克斯韦的另一项重要工作是筹建了剑桥大学的第一个物 理实验室著名的卡文迪许实验室。该实验室对整个实验 物理学的发展产生了极其重要的影响，众多著名科学家都曾 在该实验室工作过。卡文迪许实验室甚至被誉为“诺贝尔物 理学奖获得者的摇篮”。作为该实验室的第一任主任，麦克 斯韦在 1871 年的就职演说中对实验室未来的教学方针和研 究精神作了精彩的论述，是科学史上一个具有重要意义的演 说。麦克斯韦的本行是理论物理学，但他却清楚地知道实验 称雄的时代还没有过去。他批评当时英国传统的“粉笔”物 理学，呼吁加强实验物理学的研究及其在大学教育中的作 用，为后世确立了实验科学精神。一般认为麦克斯韦是从牛顿到爱因斯坦这一整个阶段中最 伟大的理论物理学家。 1879 年他在临近 48 岁生日之际因病 与世长辞。他光辉的生涯就这样过早地结束了。 麦克斯韦生前没有享受到他应得的荣誉，因为他的科学思想 和科学方法的重要意义直到 20 世纪科学革命来临时才充分第 3 页体现出来。然而他没能看到科学革命的发生。 18