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1873年2月1日 麦克斯韦《电磁通论》出版
2018-02-01 时光 摘编 现代物理知识杂志
他是谁?量子论创立者普朗克称赞他:“他的名字镌刻在经典物理学的门扉上,永放光芒。从出生地来说他属于爱丁顿;从个性来说他属于剑桥大学;从功绩来说他属于全世界。”他就是电磁理论的集大成者—英国伟大的科学家麦克斯韦。
1873年2月1日麦克斯韦《电磁通论》出版,这部巨著标志着经典电磁学理论体系的形成。麦克斯韦在书中从库仑定律的发现到麦克斯韦方程组的建立做了全面系统的阐述。麦克斯韦完整而深刻地揭示出变化的磁场可以激发电场、变化的电场又能激发磁场这一客观规律,从而使人们认识到交变电场和交变磁场是相互联系、相互转化、组成统一的电磁场。并预言了电磁波的存在。麦克斯韦电磁理论的意义不仅在于它从根本上改变了电、磁、光的理论,而且第一次大规模地改变了牛顿自然科学的框架。它是迄今人们所得到的最完美、应用最广泛的一种理论。它适用于从原子分子线度一直到宏观领域,从低速到高速的一切电磁现象。《电磁通论》这部著作的地位足以与牛顿的《自然哲学的数学原理》、达尔文的《物种起源》相比肩。
1831年6月13日麦克斯韦生于英国爱丁堡,正是在同一年英国物理学家法拉第发现电磁感应现象并拉开了电磁学革命的序幕。二十九年后,1860年麦克斯韦与法拉第相识并成为忘年交。青少年时代的麦克斯韦被称为数学神童,1846年未满15岁的他在《爱丁堡皇家学会学报》上发表了第一篇有关椭圆曲线的论文。1847年,麦克斯韦进入爱丁堡大学攻读数学物理。1850年他又进入剑桥大学数学系。毕业那年,麦克斯韦读到了法拉第的《电磁学实验研究》一书,立即被书中的巧妙实验和新颖观点强烈吸引。
1855年,麦克斯韦在剑桥发表了第一篇电磁学论文《法拉第的力线》,用假想流体的力学模型去类比电磁现象,把“力线”的特征概括为一个矢量微分方程。数学和电学的第一次美妙结合,正如弧光灯炭棒的两极放电,迸发出了第一道美丽的白炽之光。
这一年,恰好法拉第结束了近四十年的电学研究,疲惫的合上了最后一本电磁学笔记,它的编号是5430。麦克斯韦一手高举这位伟大先驱者递交的火炬,一手紧握锐利无比的数学长矛,在黑暗中乘胜进击,步步迫近了电磁王国的核心地带。
1860年,一个天高气爽的秋日,麦克斯韦叩响了法拉第在伦敦的住宅大门。金色的阳光照耀着两代科学伟人,他们虽然年龄相差40岁,但他们心有灵犀,对电磁世界的看法有着强烈的共鸣,他们各自在学术上的专长形成了互补。麦克斯韦告别大师后,还在回想着他的话语:“你不应只满足于用数学来解释我的观点,而应该突破它!“
1860年秋,麦克斯韦进入伦敦皇家研究院,直至1865年离开。在伦敦的五年是他一生最辉煌的岁月,他创立了电磁场理论。麦克斯韦辞去了皇家研究院的教席后,隐居在家乡格伦莱尔的庄园,潜心撰写《电磁通论》,最终于1873年2月1日出版。
《电磁通论》一问世,几天内便被一抢而空,一时洛阳纸贵。可是很快大多数人发现“上当了”,因为此书形同天书。当时在整个科学界,真正能读懂它的人可谓凤毛麟角。玻尔兹曼有一次在提到高度抽象的麦克斯韦方程组时,引用了歌德的话说,“写出这些符号的是上帝吗?”
麦克斯韦理论在问世后的十多年里,一直没有获得科学界的承认。由于没有人能发现电磁波,而他本人又只关心理论构建,从未想过要亲自用实验去证明,因此大多数物理学家都对这一叛逆性理论抱怀疑态度。
1871年,麦克斯韦回到了剑桥大学,主持筹建和领导了卡文迪许实验室。一百多年来,卡文迪许实验室一直是世界顶尖的研究机构,它所培养的诺贝尔奖得主之多,举世无双,被誉为“诺贝尔物理学奖获得者的摇篮“。
麦克斯韦的后期生活充满了磨难与烦恼。他开设的电磁理论讲座门可罗雀,忠实的听众只有两位,其中一位就是后来发明了电子管的弗莱明。可麦克斯韦还是夹着讲义,步履坚定地走上讲台。空旷的阶梯教室里,只在头排坐着两位学生。他仿佛不是在向这两名听众,而是在向全世界大声解释着自己的理论。
1879年11月5日,麦克斯韦因病去世,年仅48岁,这也正是他母亲去世时的年龄。一颗可以与牛顿交辉的物理学明星,陨落了。
麦克斯韦去世后,他的遗体被送回格伦莱尔,埋葬在帕顿教堂的墓地,旁边是他的父母。七年之后,他的夫人也被埋在那里。在教堂路边立着一个简朴的铭牌。铭文概括了他的一生和成就。铭文结尾是:“一位好人,充满了幽默与睿智,他生活在这里,并被埋葬在这个苏格兰教堂迷笛的废墟中。“
1888年, 赫兹发现了人们怀疑和期待已久的电磁波,世界为之震动。赫兹的发现不仅证明了麦克斯韦发现的真理,更重要的是,人类历史上一个颇为壮观的电子时代从此开始。
1931年,麦克斯韦诞辰100周年,他的遗骨被移至威斯敏斯特教堂,安葬在牛顿墓旁。
爱因斯坦在纪念麦克斯韦诞辰100周年的文章中写道:“自从牛顿奠定理论物理学的基础以来,物理学的公理基础的最伟大的变革,是同法拉第、麦克斯韦和赫兹的名字永远联在一起的。这次革命的最大部分出自麦克斯韦。“
遗憾的是,“尽管我们在日常中不断享受着麦克斯韦理论的成果,但是该理论的创造者却未得到应有的荣誉。”“他仍然是一个在大众视线之外的巨人。”
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