1846年(nian)(nian)(nian)智力(li)發(fa)育格外早的(de)(de)(de)麥(mai)(mai)(mai)克(ke)(ke)斯(si)(si)(si)(si)(si)韋(wei)(wei)就向愛(ai)(ai)丁(ding)堡(bao)皇家(jia)(jia)(jia)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)院遞交了(le)(le)(le)一(yi)(yi)份科研(yan)論(lun)文。1847年(nian)(nian)(nian)16歲中學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)畢業(ye),進(jin)入愛(ai)(ai)丁(ding)堡(bao)大(da)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)習(xi)。這(zhe)(zhe)(zhe)里是(shi)蘇格蘭的(de)(de)(de)最高(gao)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)府。他(ta)是(shi)班上年(nian)(nian)(nian)紀(ji)最小(xiao)的(de)(de)(de)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)生,但(dan)考試(shi)成績卻總是(shi)名列前茅。他(ta)在(zai)這(zhe)(zhe)(zhe)里專攻數學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)物理(li)(li)(li)(li),并(bing)且顯示出非凡的(de)(de)(de)才華。他(ta)讀書(shu)(shu)非常用功,但(dan)并(bing)非死讀書(shu)(shu),在(zai)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)習(xi)之(zhi)余他(ta)仍然寫(xie)詩,不知(zhi)(zhi)滿(man)足地(di)讀課外書(shu)(shu),積累了(le)(le)(le)相當(dang)廣泛(fan)的(de)(de)(de)知(zhi)(zhi)識。在(zai)愛(ai)(ai)丁(ding)堡(bao)大(da)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue),麥(mai)(mai)(mai)克(ke)(ke)斯(si)(si)(si)(si)(si)韋(wei)(wei)獲得(de)了(le)(le)(le)攀登科學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)高(gao)峰所必備的(de)(de)(de)基礎(chu)(chu)訓練。其中兩(liang)個人(ren)(ren)(ren)對他(ta)影響最深(shen),一(yi)(yi)是(shi)物理(li)(li)(li)(li)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)家(jia)(jia)(jia)和(he)登山家(jia)(jia)(jia)福布(bu)斯(si)(si)(si)(si)(si),一(yi)(yi)是(shi)邏輯學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)和(he)形而上學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)教授(shou)(shou)哈(ha)密頓(dun)。福布(bu)斯(si)(si)(si)(si)(si)是(shi)一(yi)(yi)個實(shi)驗家(jia)(jia)(jia),他(ta)培養了(le)(le)(le)麥(mai)(mai)(mai)克(ke)(ke)斯(si)(si)(si)(si)(si)韋(wei)(wei)對實(shi)驗技術的(de)(de)(de)濃厚興趣,一(yi)(yi)個從事理(li)(li)(li)(li)論(lun)物理(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)人(ren)(ren)(ren)很難(nan)有(you)這(zhe)(zhe)(zhe)種興趣。他(ta)強制麥(mai)(mai)(mai)克(ke)(ke)斯(si)(si)(si)(si)(si)韋(wei)(wei)寫(xie)作要(yao)條(tiao)理(li)(li)(li)(li)清楚,并(bing)把(ba)自己對科學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)史的(de)(de)(de)愛(ai)(ai)好(hao)傳(chuan)(chuan)給麥(mai)(mai)(mai)克(ke)(ke)斯(si)(si)(si)(si)(si)韋(wei)(wei)。哈(ha)密頓(dun)教授(shou)(shou)則用廣博的(de)(de)(de)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)識影響著(zhu)(zhu)他(ta),并(bing)用出色(se)的(de)(de)(de)怪異的(de)(de)(de)批評能力(li)刺(ci)激(ji)麥(mai)(mai)(mai)克(ke)(ke)斯(si)(si)(si)(si)(si)韋(wei)(wei)去研(yan)究(jiu)基礎(chu)(chu)問題。在(zai)這(zhe)(zhe)(zhe)些有(you)真才實(shi)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)的(de)(de)(de)人(ren)(ren)(ren)的(de)(de)(de)影響下,加(jia)上麥(mai)(mai)(mai)克(ke)(ke)斯(si)(si)(si)(si)(si)韋(wei)(wei)個人(ren)(ren)(ren)的(de)(de)(de)天才和(he)努力(li),麥(mai)(mai)(mai)克(ke)(ke)斯(si)(si)(si)(si)(si)韋(wei)(wei)的(de)(de)(de)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)識一(yi)(yi)天天進(jin)步,他(ta)用三年(nian)(nian)(nian)時間(jian)就完(wan)成了(le)(le)(le)四(si)年(nian)(nian)(nian)的(de)(de)(de)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)業(ye),相形之(zhi)下,愛(ai)(ai)丁(ding)堡(bao)大(da)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)這(zhe)(zhe)(zhe)個搖籃已經(jing)不能滿(man)足麥(mai)(mai)(mai)克(ke)(ke)斯(si)(si)(si)(si)(si)韋(wei)(wei)的(de)(de)(de)求(qiu)知(zhi)(zhi)欲(yu)。為了(le)(le)(le)進(jin)一(yi)(yi)步深(shen)造,1850年(nian)(nian)(nian),他(ta)征得(de)了(le)(le)(le)父親的(de)(de)(de)同意,離開愛(ai)(ai)丁(ding)堡(bao),到人(ren)(ren)(ren)才濟濟的(de)(de)(de)劍橋去求(qiu)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)。赫(he)茲是(shi)德國(guo)的(de)(de)(de)一(yi)(yi)位青(qing)年(nian)(nian)(nian)物理(li)(li)(li)(li)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)家(jia)(jia)(jia),麥(mai)(mai)(mai)克(ke)(ke)斯(si)(si)(si)(si)(si)韋(wei)(wei)的(de)(de)(de)《電磁(ci)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)通(tong)論(lun)》發(fa)表之(zhi)時,他(ta)只16歲。在(zai)當(dang)時的(de)(de)(de)德國(guo),人(ren)(ren)(ren)們依然固守著(zhu)(zhu)牛頓(dun)的(de)(de)(de)傳(chuan)(chuan)統物理(li)(li)(li)(li)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)觀念,法拉第(di)、麥(mai)(mai)(mai)克(ke)(ke)斯(si)(si)(si)(si)(si)韋(wei)(wei)的(de)(de)(de)理(li)(li)(li)(li)論(lun)對物質(zhi)世界進(jin)行(xing)了(le)(le)(le)嶄新(xin)的(de)(de)(de)描繪,但(dan)是(shi)違背了(le)(le)(le)傳(chuan)(chuan)統,因此(ci)在(zai)德國(guo)等歐洲中心地(di)帶毫無立(li)足之(zhi)地(di),甚(shen)而被當(dang)成奇談(tan)怪論(lun)。當(dang)時支持電磁(ci)理(li)(li)(li)(li)論(lun)研(yan)究(jiu)的(de)(de)(de),只有(you)波爾(er)茨曼和(he)赫(he)爾(er)姆霍茨。赫(he)茲后來成了(le)(le)(le)赫(he)姆霍茨的(de)(de)(de)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)生。在(zai)老(lao)師(shi)的(de)(de)(de)影響下,赫(he)茲對電磁(ci)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)進(jin)行(xing)了(le)(le)(le)深(shen)入的(de)(de)(de)研(yan)究(jiu),在(zai)進(jin)行(xing)了(le)(le)(le)物理(li)(li)(li)(li)事實(shi)的(de)(de)(de)比(bi)較后,他(ta)確認,麥(mai)(mai)(mai)克(ke)(ke)斯(si)(si)(si)(si)(si)韋(wei)(wei)的(de)(de)(de)理(li)(li)(li)(li)論(lun)比(bi)傳(chuan)(chuan)統的(de)(de)(de)“超距(ju)理(li)(li)(li)(li)論(lun)”更(geng)令(ling)人(ren)(ren)(ren)信(xin)服。于是(shi)他(ta)決定(ding)用實(shi)驗來證(zheng)實(shi)這(zhe)(zhe)(zhe)一(yi)(yi)點(dian)。
1886年(nian),赫茲經過反復實(shi)驗,發明了(le)一種(zhong)電(dian)(dian)波(bo)環(huan),用這種(zhong)電(dian)(dian)波(bo)環(huan)作了(le)一系列的(de)(de)實(shi)驗,終于(yu)在(zai)1888年(nian)發現了(le)人(ren)們懷疑和期待已(yi)久的(de)(de)電(dian)(dian)磁波(bo)。赫茲的(de)(de)實(shi)驗公(gong)布后,轟(hong)動了(le)全世界的(de)(de)科學界,由法拉第開創、麥(mai)克(ke)斯(si)韋總結(jie)的(de)(de)電(dian)(dian)磁理(li)論,至此取得(de)了(le)決定性(xing)的(de)(de)勝利。麥(mai)克(ke)斯(si)韋的(de)(de)偉大(da)遺愿終于(yu)實(shi)現了(le)。
1850年(nian)(nian)轉入(ru)劍(jian)橋大學(xue)(xue)三(san)一學(xue)(xue)院數學(xue)(xue)系學(xue)(xue)習(xi),1854年(nian)(nian)以第(di)二(er)名(ming)的(de)(de)成(cheng)績(ji)獲史密(mi)斯獎學(xue)(xue)金,畢業留校任(ren)職兩(liang)年(nian)(nian)。1856年(nian)(nian)在蘇格蘭阿(a)伯丁的(de)(de)馬里(li)沙耳任(ren)自(zi)然哲學(xue)(xue)教(jiao)授(shou)。1860年(nian)(nian)到倫敦國王學(xue)(xue)院任(ren)自(zi)然哲學(xue)(xue)和天文學(xue)(xue)教(jiao)授(shou)。1861年(nian)(nian)選為倫敦皇家學(xue)(xue)會(hui)會(hui)員。1865年(nian)(nian)春(chun)辭去(qu)教(jiao)職回(hui)到家鄉(xiang)系統地總結他的(de)(de)關于(yu)電磁(ci)學(xue)(xue)的(de)(de)研究成(cheng)果,完成(cheng)了電磁(ci)場(chang)理論的(de)(de)經典巨著《論電和磁(ci)》,并于(yu)1873年(nian)(nian)出(chu)版(ban)。
1871年(nian)受聘為(wei)劍橋(qiao)大學(xue)(xue)新設立的(de)卡(ka)文迪什試(shi)驗物理學(xue)(xue)教授,負責籌建著名的(de)卡(ka)文迪什實驗室。
1874年建成后擔(dan)任(ren)這(zhe)個實驗室(shi)的第一任(ren)主任(ren),直(zhi)到1879年11月5日在(zai)劍橋逝世。
回顧(gu)電(dian)(dian)磁學的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)歷(li)史,物(wu)理學的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)歷(li)程一直(zhi)到1820年的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)時(shi)(shi)候都是(shi)以牛頓(dun)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)物(wu)理學思想為基礎(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)。自然界的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)“力(li)(li)(li)(li)”——熱、電(dian)(dian)、光(guang)、磁以及化學作用(yong)正在被逐漸(jian)歸結(jie)為一系列(lie)流(liu)體的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)粒(li)子間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)瞬時(shi)(shi)吸(xi)引或排斥(chi)。人們(men)已經知(zhi)道磁和(he)(he)(he)靜電(dian)(dian)遵守類似引力(li)(li)(li)(li)定(ding)(ding)律的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)平方反比(bi)定(ding)(ding)律。在19世紀以前的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)40年中,出現(xian)了一種(zhong)反對(dui)這(zhe)種(zhong)觀點的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)動(dong)向,這(zhe)種(zhong)觀點贊(zan)成(cheng)“力(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)相關(guan)”。1820年,奧(ao)斯特(te)(te)發(fa)現(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)磁現(xian)象馬上(shang)成(cheng)了這(zhe)種(zhong)新趨勢的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)第一個(ge)證(zheng)明(ming)和(he)(he)(he)極為有(you)力(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)推動(dong)力(li)(li)(li)(li),但當時(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)人又對(dui)此捉摸不(bu)定(ding)(ding)和(he)(he)(he)感到困惑(huo)。奧(ao)斯特(te)(te)所觀察到的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)流(liu)與(yu)磁體間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作用(yong)有(you)兩個(ge)基本點不(bu)同于已知(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)現(xian)象:它是(shi)由運動(dong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)顯示出來的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de),而且磁體既不(bu)被引向帶(dai)電(dian)(dian)流(liu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)金屬線,也(ye)不(bu)被它推開,而是(shi)對(dui)于它橫(heng)向定(ding)(ding)位。同一年,法國科學家安培(pei)用(yong)數學方法總(zong)結(jie)了奧(ao)斯特(te)(te)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)現(xian),并創立了電(dian)(dian)動(dong)力(li)(li)(li)(li)學,此后,安培(pei)和(he)(he)(he)他的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)追(zhui)隨者(zhe)們(men)便力(li)(li)(li)(li)圖使電(dian)(dian)磁的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作用(yong)與(yu)有(you)關(guan)瞬時(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)超距作用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)現(xian)存見解(jie)調和(he)(he)(he)起來。
麥(mai)(mai)克(ke)斯(si)韋(wei)的(de)(de)(de)(de)(de)電學(xue)(xue)(xue)研(yan)究始于1854年,當時(shi)(shi)他(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)剛(gang)從(cong)劍(jian)橋(qiao)(qiao)畢(bi)業(ye)(ye)不(bu)過(guo)幾星期(qi)。他(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)讀到(dao)了法(fa)拉(la)(la)第(di)的(de)(de)(de)(de)(de)《電學(xue)(xue)(xue)實驗研(yan)究》,立即被書中(zhong)新穎的(de)(de)(de)(de)(de)實驗和(he)見(jian)解吸引住了。在(zai)當時(shi)(shi)人們對(dui)(dui)法(fa)拉(la)(la)第(di)的(de)(de)(de)(de)(de)觀(guan)點和(he)理(li)論看(kan)法(fa)不(bu)一(yi),有(you)不(bu)少非議。最(zui)主要原因就是(shi)(shi)當時(shi)(shi)“超(chao)距作(zuo)用”的(de)(de)(de)(de)(de)傳統觀(guan)念影響(xiang)很(hen)深。另一(yi)方面的(de)(de)(de)(de)(de)原因就是(shi)(shi)法(fa)拉(la)(la)第(di)的(de)(de)(de)(de)(de)理(li)論的(de)(de)(de)(de)(de)嚴謹性還不(bu)夠。法(fa)拉(la)(la)第(di)是(shi)(shi)實驗大(da)師,有(you)著(zhu)常人所(suo)不(bu)及之處(chu),但唯獨欠缺數學(xue)(xue)(xue)功力(li),所(suo)以(yi)他(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)的(de)(de)(de)(de)(de)創(chuang)見(jian)都是(shi)(shi)以(yi)直觀(guan)形式(shi)來表達的(de)(de)(de)(de)(de)。一(yi)般(ban)的(de)(de)(de)(de)(de)物理(li)學(xue)(xue)(xue)家恪守牛頓的(de)(de)(de)(de)(de)物理(li)學(xue)(xue)(xue)理(li)論,對(dui)(dui)法(fa)拉(la)(la)第(di)的(de)(de)(de)(de)(de)學(xue)(xue)(xue)說感到(dao)不(bu)可思(si)議。有(you)位天(tian)文學(xue)(xue)(xue)家曾公開(kai)宣(xuan)稱:“誰(shui)要在(zai)確定的(de)(de)(de)(de)(de)超(chao)距作(zuo)用和(he)模糊不(bu)清的(de)(de)(de)(de)(de)力(li)線觀(guan)念中(zhong)有(you)所(suo)遲(chi)疑,那(nei)就是(shi)(shi)對(dui)(dui)牛頓的(de)(de)(de)(de)(de)褻瀆!”在(zai)劍(jian)橋(qiao)(qiao)的(de)(de)(de)(de)(de)學(xue)(xue)(xue)者(zhe)(zhe)中(zhong),這種分歧也相當明顯。湯姆(mu)遜(xun)(xun)也是(shi)(shi)劍(jian)橋(qiao)(qiao)里一(yi)名很(hen)有(you)見(jian)識的(de)(de)(de)(de)(de)學(xue)(xue)(xue)者(zhe)(zhe)之一(yi)。麥(mai)(mai)克(ke)斯(si)韋(wei)對(dui)(dui)他(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)敬佩不(bu)已,特(te)意給(gei)湯姆(mu)遜(xun)(xun)寫信,向他(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)求教(jiao)有(you)關(guan)(guan)電學(xue)(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)(de)知識。湯姆(mu)遜(xun)(xun)比麥(mai)(mai)克(ke)斯(si)韋(wei)大(da)7歲,對(dui)(dui)麥(mai)(mai)克(ke)斯(si)韋(wei)從(cong)事電學(xue)(xue)(xue)研(yan)究給(gei)予過(guo)極大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)幫助。在(zai)湯姆(mu)遜(xun)(xun)的(de)(de)(de)(de)(de)指導下,麥(mai)(mai)克(ke)斯(si)韋(wei)得到(dao)啟(qi)示,相信法(fa)拉(la)(la)第(di)的(de)(de)(de)(de)(de)新論中(zhong)有(you)著(zhu)不(bu)為人所(suo)了解的(de)(de)(de)(de)(de)真(zhen)理(li)。認真(zhen)地研(yan)究了法(fa)拉(la)(la)第(di)的(de)(de)(de)(de)(de)著(zhu)作(zuo)后,他(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)感受到(dao)力(li)線思(si)想(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)寶貴價值,也看(kan)到(dao)法(fa)拉(la)(la)第(di)在(zai)定性表述上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)弱(ruo)點。于是(shi)(shi)這個(ge)剛(gang)剛(gang)畢(bi)業(ye)(ye)的(de)(de)(de)(de)(de)青年科學(xue)(xue)(xue)家決(jue)定用數學(xue)(xue)(xue)來彌補這一(yi)點。1855年麥(mai)(mai)克(ke)斯(si)韋(wei)發表了第(di)一(yi)篇關(guan)(guan)于電磁學(xue)(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)(de)論文《論法(fa)拉(la)(la)第(di)的(de)(de)(de)(de)(de)力(li)線》。
一(yi)般認為(wei)麥克(ke)斯韋是從(cong)牛(niu)頓(dun)到愛因斯坦(tan)這一(yi)整個階段中最偉大的理論物理學家。1879年(nian)他在(zai)48歲時因病與世長辭。他光(guang)輝的生(sheng)涯就這樣(yang)過(guo)早地結束了。
1865年開始(shi),麥(mai)克斯韋辭去了(le)皇家學(xue)院的教席,開始(shi)潛心進行(xing)科學(xue)研(yan)究,系統地總結研(yan)究成果,撰寫電磁(ci)學(xue)專著。
麥克斯(si)韋(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)前沒有享(xiang)受到(dao)他(ta)應得的(de)榮譽,因(yin)(yin)為他(ta)的(de)科學(xue)思想和(he)科學(xue)方(fang)法的(de)重要意義直(zhi)到(dao)20世紀(ji)科學(xue)革命來臨時才充分體現出(chu)來。然而(er)他(ta)沒能看到(dao)科學(xue)革命的(de)發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)。1879年11月(yue)5日,麥克斯(si)韋(wei)因(yin)(yin)病在劍橋逝世,年僅48歲。那一年正好愛因(yin)(yin)斯(si)坦出(chu)生(sheng)(sheng)(sheng)。
麥克斯(si)韋主要從事電磁(ci)理論、分子物(wu)理學(xue)(xue)(xue)、統(tong)計(ji)物(wu)理學(xue)(xue)(xue)、光學(xue)(xue)(xue)、力學(xue)(xue)(xue)、彈性理論方面的(de)研究。尤其是他建立的(de)電磁(ci)場理論,將電學(xue)(xue)(xue)、磁(ci)學(xue)(xue)(xue)、光學(xue)(xue)(xue)統(tong)一起來,是19世紀物(wu)理學(xue)(xue)(xue)發展的(de)最(zui)(zui)光輝的(de)成果(guo),是科(ke)學(xue)(xue)(xue)史上最(zui)(zui)偉大的(de)綜(zong)合之一。
他預言了(le)電(dian)磁波的(de)(de)存(cun)在(zai)。這種理(li)(li)(li)論(lun)(lun)預見后來(lai)得到了(le)充分的(de)(de)實(shi)驗驗證。他為(wei)物理(li)(li)(li)學樹起了(le)一座豐碑。造福于人類的(de)(de)無線電(dian)技(ji)術,就是(shi)以電(dian)磁場理(li)(li)(li)論(lun)(lun)為(wei)基(ji)礎發展(zhan)起來(lai)的(de)(de)。麥(mai)克斯(si)韋(wei)大約(yue)于1855年開始研(yan)究電(dian)磁學,在(zai)潛心(xin)(xin)研(yan)究了(le)法(fa)(fa)拉第(di)關于電(dian)磁學方(fang)面的(de)(de)新(xin)理(li)(li)(li)論(lun)(lun)和思想(xiang)之(zhi)后,堅(jian)信法(fa)(fa)拉第(di)的(de)(de)新(xin)理(li)(li)(li)論(lun)(lun)包(bao)含著真理(li)(li)(li)。于是(shi)他抱(bao)著給法(fa)(fa)拉第(di)的(de)(de)理(li)(li)(li)論(lun)(lun)“提供數學方(fang)法(fa)(fa)基(ji)礎”的(de)(de)愿望,決心(xin)(xin)把法(fa)(fa)拉第(di)的(de)(de)天才思想(xiang)以清晰準確的(de)(de)數學形式表示出來(lai)。
他(ta)在前人成就的(de)(de)(de)基礎上,對(dui)整(zheng)個電(dian)磁(ci)(ci)(ci)現象作(zuo)了(le)(le)系統、全面的(de)(de)(de)研究,憑(ping)借他(ta)高(gao)深的(de)(de)(de)數學(xue)(xue)造詣和(he)豐(feng)富的(de)(de)(de)想象力接連發表了(le)(le)電(dian)磁(ci)(ci)(ci)場(chang)理(li)論的(de)(de)(de)三(san)篇論文:《論法拉第的(de)(de)(de)力線(xian)》(1855年(nian)12月至(zhi)1856年(nian)2月);《論物理(li)的(de)(de)(de)力線(xian)》(1861至(zhi)1862年(nian));《電(dian)磁(ci)(ci)(ci)場(chang)的(de)(de)(de)動力學(xue)(xue)理(li)論》(1864年(nian)12月8日)。對(dui)前人和(he)他(ta)自己的(de)(de)(de)工作(zuo)進行了(le)(le)綜合概(gai)括,將電(dian)磁(ci)(ci)(ci)場(chang)理(li)論用(yong)簡潔、對(dui)稱、完(wan)美數學(xue)(xue)形式表示出來,經(jing)后人整(zheng)理(li)和(he)改寫,成為經(jing)典電(dian)動力學(xue)(xue)主要基礎的(de)(de)(de)麥克斯韋方程組(zu)。據此,1865年(nian)他(ta)預言了(le)(le)電(dian)磁(ci)(ci)(ci)波(bo)(bo)的(de)(de)(de)存(cun)在,電(dian)磁(ci)(ci)(ci)波(bo)(bo)只可(ke)能(neng)是橫波(bo)(bo),并推導出電(dian)磁(ci)(ci)(ci)波(bo)(bo)的(de)(de)(de)傳播速度等于光(guang)速,同時得出結論:光(guang)是電(dian)磁(ci)(ci)(ci)波(bo)(bo)的(de)(de)(de)一種(zhong)形式,揭示了(le)(le)光(guang)現象和(he)電(dian)磁(ci)(ci)(ci)現象之間的(de)(de)(de)聯系。1888年(nian)德(de)國物理(li)學(xue)(xue)家赫(he)茲用(yong)實驗(yan)(yan)驗(yan)(yan)證了(le)(le)電(dian)磁(ci)(ci)(ci)波(bo)(bo)的(de)(de)(de)存(cun)在。
麥克(ke)(ke)(ke)斯(si)韋(wei)于(yu)1873年(nian)(nian)(nian)出(chu)版了(le)(le)(le)科學(xue)名(ming)著《電磁(ci)理(li)(li)論》。系(xi)統(tong)、全面(mian)、完美地闡述(shu)了(le)(le)(le)電磁(ci)場(chang)理(li)(li)論。這一理(li)(li)論成為(wei)經(jing)典(dian)物理(li)(li)學(xue)的(de)重要支柱之(zhi)一。在(zai)熱(re)力(li)(li)學(xue)與統(tong)計(ji)物理(li)(li)學(xue)方(fang)面(mian)麥克(ke)(ke)(ke)斯(si)韋(wei)也作出(chu)了(le)(le)(le)重要貢(gong)獻,他(ta)(ta)(ta)是(shi)(shi)(shi)氣體(ti)動理(li)(li)論的(de)創始(shi)人之(zhi)一。1859年(nian)(nian)(nian)他(ta)(ta)(ta)首次(ci)用(yong)(yong)統(tong)計(ji)規律(lv)得出(chu)麥克(ke)(ke)(ke)斯(si)韋(wei)速度(du)分布(bu)律(lv),從而找到(dao)了(le)(le)(le)由微觀量(liang)求(qiu)統(tong)計(ji)平(ping)均(jun)值的(de)更確切的(de)途徑。1866年(nian)(nian)(nian)他(ta)(ta)(ta)給(gei)出(chu)了(le)(le)(le)分子按速度(du)的(de)分布(bu)函數的(de)新推導方(fang)法,這種方(fang)法是(shi)(shi)(shi)以(yi)分析正(zheng)向(xiang)和(he)反向(xiang)碰撞為(wei)基礎(chu)的(de)。他(ta)(ta)(ta)引入了(le)(le)(le)馳(chi)豫時間的(de)概念,發(fa)展了(le)(le)(le)一般形式的(de)輸運理(li)(li)論,并把(ba)它應用(yong)(yong)于(yu)擴(kuo)散(san)、熱(re)傳導和(he)氣體(ti)內(nei)摩擦(ca)過(guo)程(cheng)。1867年(nian)(nian)(nian)引入了(le)(le)(le)“統(tong)計(ji)力(li)(li)學(xue)”這個術(shu)語。麥克(ke)(ke)(ke)斯(si)韋(wei)是(shi)(shi)(shi)運用(yong)(yong)數學(xue)工具分析物理(li)(li)問(wen)題和(he)精確地表述(shu)科學(xue)思想(xiang)的(de)大師,他(ta)(ta)(ta)非常(chang)重視實(shi)驗,由他(ta)(ta)(ta)負(fu)責建立起來的(de)卡(ka)文迪什(shen)實(shi)驗室,在(zai)他(ta)(ta)(ta)和(he)以(yi)后幾位主(zhu)任的(de)領導下,發(fa)展成為(wei)舉世聞名(ming)的(de)學(xue)術(shu)中心之(zhi)一。
研究背景
他(ta)由于列出了(le)表達電(dian)(dian)磁基本(ben)定律(lv)的(de)(de)四(si)元方程(cheng)組而聞名(ming)于世(shi)。在麥(mai)(mai)克斯(si)韋(wei)以前(qian)的(de)(de)許(xu)多年間,人們(men)就(jiu)對電(dian)(dian)和磁這(zhe)兩個領(ling)域進行了(le)廣泛的(de)(de)研究,人們(men)都(dou)知道這(zhe)兩者是密切(qie)相關的(de)(de)。適用(yong)于特(te)定場合(he)的(de)(de)各(ge)種電(dian)(dian)磁定律(lv)已被(bei)發現(xian),但(dan)是在麥(mai)(mai)克斯(si)韋(wei)之前(qian)卻沒有形成完整、統一(yi)的(de)(de)學說(shuo)。麥(mai)(mai)克斯(si)韋(wei)用(yong)列出的(de)(de)簡短四(si)元方程(cheng)組(但(dan)卻非常復雜),就(jiu)可以準確(que)地描繪(hui)出電(dian)(dian)磁場的(de)(de)特(te)性及其相互作用(yong)的(de)(de)關系。這(zhe)樣他(ta)就(jiu)把混亂紛紜的(de)(de)現(xian)象歸(gui)納(na)成為一(yi)種統一(yi)完整的(de)(de)學說(shuo)。麥(mai)(mai)克斯(si)韋(wei)方程(cheng)在理論和應用(yong)科學上都(dou)已經(jing)廣泛應用(yong)一(yi)個世(shi)紀了(le)。
優點
麥(mai)克斯韋(wei)方(fang)程的(de)(de)(de)最(zui)大(da)優點在(zai)于它的(de)(de)(de)通用性,它在(zai)任何情況下(xia)都可以應用。在(zai)此以前所有(you)的(de)(de)(de)電(dian)磁定(ding)律都可由麥(mai)克斯韋(wei)方(fang)程推導(dao)出來(lai),許多從前沒(mei)能解決(jue)的(de)(de)(de)未知數也能從方(fang)程推導(dao)過程中尋出答(da)案。
這(zhe)些新成果中最重要的(de)(de)是由麥克斯(si)(si)韋自己推導出(chu)(chu)來的(de)(de)。根(gen)據他(ta)的(de)(de)方(fang)程可以(yi)證明出(chu)(chu)電(dian)磁(ci)場的(de)(de)周期振蕩(dang)的(de)(de)存(cun)在。這(zhe)種振蕩(dang)叫電(dian)磁(ci)波,一(yi)(yi)旦發出(chu)(chu)就(jiu)會(hui)通過(guo)空間(jian)向外傳播。根(gen)據方(fang)程,麥克斯(si)(si)韋就(jiu)可以(yi)表達(da)出(chu)(chu)電(dian)磁(ci)波的(de)(de)速(su)度接近(jin)300000公里(li)(186000英里(li))/秒,麥克斯(si)(si)韋認識到這(zhe)同所測到的(de)(de)光(guang)速(su)是一(yi)(yi)樣的(de)(de)。由此他(ta)得出(chu)(chu)光(guang)本(ben)身(shen)是由電(dian)磁(ci)波構成的(de)(de)這(zhe)一(yi)(yi)正確結論。
因此(ci),麥克斯(si)韋(wei)方(fang)(fang)程不僅是(shi)電(dian)磁(ci)(ci)學(xue)的基本(ben)定律(lv)(lv),也是(shi)光學(xue)的基本(ben)定律(lv)(lv)。的確如(ru)此(ci),所有先前已知(zhi)的光學(xue)定律(lv)(lv)可(ke)(ke)以由方(fang)(fang)程導(dao)出(chu)(chu),許多先前未發現的事實和(he)關系也可(ke)(ke)由方(fang)(fang)程導(dao)出(chu)(chu)。在此(ci)基礎上(shang)(shang),麥克斯(si)韋(wei)認(ren)為光是(shi)頻率介于某一范(fan)圍之內的電(dian)磁(ci)(ci)波。這是(shi)人類在認(ren)識光的本(ben)性方(fang)(fang)面的又一大(da)進步。正是(shi)在這一意義(yi)上(shang)(shang),人們認(ren)為麥克斯(si)韋(wei)把(ba)光學(xue)和(he)電(dian)磁(ci)(ci)學(xue)統一起來了,這是(shi)19世紀科學(xue)史上(shang)(shang)最(zui)偉大(da)的綜合(he)之一。
可(ke)見光(guang)并不(bu)(bu)是唯(wei)一(yi)的(de)(de)一(yi)種電(dian)磁輻射。麥(mai)克斯韋(wei)方程(cheng)表明與(yu)可(ke)見光(guang)的(de)(de)波長和頻率不(bu)(bu)同的(de)(de)其它(ta)電(dian)磁波也可(ke)能存(cun)在。這些(xie)從理論(lun)上得出(chu)的(de)(de)結(jie)論(lun)后來(lai)(lai)被海因利茨·赫茲公開(kai)演示(shi)證明了(le)。赫茲不(bu)(bu)僅生產出(chu)而且(qie)檢驗出(chu)了(le)麥(mai)克斯韋(wei)預言存(cun)在的(de)(de)不(bu)(bu)可(ke)見光(guang)波。幾年以后,伽(jia)格利耶爾摩(mo)·馬可(ke)尼證明這些(xie)不(bu)(bu)可(ke)見光(guang)波可(ke)以用(yong)(yong)于無線(xian)電(dian)通(tong)訊(xun),無線(xian)電(dian)隨(sui)之(zhi)問世。今天我們(men)也用(yong)(yong)不(bu)(bu)可(ke)見光(guang)為電(dian)視(shi)通(tong)訊(xun)。X線(xian)、γ線(xian)、紅外線(xian)、紫外線(xian)都是電(dian)磁波輻射的(de)(de)其它(ta)一(yi)些(xie)例子。所有(you)這些(xie)射線(xian)都可(ke)以用(yong)(yong)麥(mai)克斯韋(wei)方程(cheng)來(lai)(lai)加以研究。
意義
麥克斯韋(wei)的(de)(de)主要貢獻是(shi)建立(li)了(le)(le)(le)麥克斯韋(wei)方程組,創立(li)了(le)(le)(le)經典電(dian)(dian)動力(li)(li)學(xue)(xue),并且預言(yan)了(le)(le)(le)電(dian)(dian)磁(ci)(ci)波的(de)(de)存在,提出了(le)(le)(le)光(guang)的(de)(de)電(dian)(dian)磁(ci)(ci)說。麥克斯韋(wei)是(shi)電(dian)(dian)磁(ci)(ci)學(xue)(xue)理論的(de)(de)集大成者。他出生(sheng)于(yu)電(dian)(dian)磁(ci)(ci)學(xue)(xue)理論奠(dian)基(ji)人法拉(la)第提出電(dian)(dian)磁(ci)(ci)感應定理的(de)(de)1831年(nian),后來又(you)與法拉(la)第結成忘年(nian)之交,共同構筑了(le)(le)(le)電(dian)(dian)磁(ci)(ci)學(xue)(xue)理論的(de)(de)科學(xue)(xue)體(ti)系。物理學(xue)(xue)歷(li)史上(shang)認為(wei)牛頓的(de)(de)經典力(li)(li)學(xue)(xue)打開了(le)(le)(le)機械時代的(de)(de)大門,而(er)麥克斯韋(wei)電(dian)(dian)磁(ci)(ci)學(xue)(xue)理論則為(wei)電(dian)(dian)氣時代奠(dian)定了(le)(le)(le)基(ji)石。
雖然麥(mai)(mai)(mai)克(ke)(ke)斯(si)韋(wei)成名主要(yao)是(shi)在于他對電(dian)磁學(xue)(xue)和光學(xue)(xue)做出的(de)巨大貢獻,但是(shi)他對許多其它學(xue)(xue)科(ke)也做出了(le)重要(yao)的(de)貢獻,其中包括天文(wen)學(xue)(xue)和熱力學(xue)(xue)。他的(de)特殊興趣(qu)之一是(shi)氣體(ti)運(yun)動(dong)學(xue)(xue)。麥(mai)(mai)(mai)克(ke)(ke)斯(si)韋(wei)認識(shi)到并非所有的(de)氣體(ti)分(fen)子(zi)都按(an)同一速(su)度運(yun)動(dong)。有些分(fen)子(zi)運(yun)動(dong)慢,有些分(fen)子(zi)運(yun)動(dong)快,有些以極高(gao)速(su)度運(yun)動(dong)。麥(mai)(mai)(mai)克(ke)(ke)斯(si)韋(wei)推(tui)導出了(le)求(qiu)已知氣體(ti)中的(de)分(fen)子(zi)按(an)某一速(su)度運(yun)動(dong)的(de)百(bai)分(fen)比公(gong)式(shi),這個公(gong)式(shi)叫(jiao)做“麥(mai)(mai)(mai)克(ke)(ke)斯(si)韋(wei)分(fen)布(bu)式(shi)”,是(shi)應用最(zui)廣泛(fan)的(de)科(ke)學(xue)(xue)公(gong)式(shi)之一,在許多物理(li)分(fen)支中起(qi)著(zhu)重要(yao)的(de)作用。
麥克(ke)斯韋在力(li)(li)(li)(li)學(xue)方(fang)面的(de)(de)(de)(de)貢(gong)獻主要有:1853年(nian)(nian)推(tui)廣用偏(pian)振(zhen)光測量應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)方(fang)法;1864年(nian)(nian)提(ti)出(chu)結抅(ju)力(li)(li)(li)(li)學(xue)中桁架內力(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)圖解(jie)法,指出(chu)桁架形狀和內力(li)(li)(li)(li)圖是一對(dui)互易圖,并(bing)提(ti)出(chu)求解(jie)靜不(bu)定桁架位移(yi)的(de)(de)(de)(de)單位載荷(he)法。1868年(nian)(nian)對(dui)粘彈性(xing)(xing)材(cai)料(liao)提(ti)出(chu)一種模(mo)型(后稱(cheng)麥克(ke)斯韋模(mo)型),并(bing)引進(jin)松弛(chi)時間的(de)(de)(de)(de)概念。同(tong)年(nian)(nian)在《論調(diao)節器》中分析了蒸汽機自(zi)動(dong)調(diao)速器和鐘(zhong)表機構(gou)的(de)(de)(de)(de)運動(dong)穩定性(xing)(xing)問題。1870年(nian)(nian)將G.R.艾里提(ti)出(chu)的(de)(de)(de)(de)彈性(xing)(xing)力(li)(li)(li)(li)學(xue)中的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)函數由二維推(tui)廣到三維,并(bing)指出(chu)它應(ying)(ying)滿(man)足雙調(diao)和方(fang)程。1873年(nian)(nian)給(gei)出(chu)荷(he)電系統中引力(li)(li)(li)(li)和斥力(li)(li)(li)(li)引起(qi)的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)場。
麥(mai)克(ke)斯韋(wei)(wei)的(de)(de)(de)(de)另一(yi)項重要(yao)工(gong)(gong)作是(shi)(shi)籌(chou)建了(le)(le)劍橋大學(xue)(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)第(di)一(yi)個(ge)(ge)物(wu)理(li)實(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)室(shi)(shi)——著名的(de)(de)(de)(de)卡文迪(di)許實(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)室(shi)(shi)。該實(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)室(shi)(shi)對整個(ge)(ge)實(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)物(wu)理(li)學(xue)(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)發展(zhan)產生了(le)(le)極其重要(yao)的(de)(de)(de)(de)影(ying)響,眾(zhong)多著名科學(xue)(xue)(xue)家都曾在(zai)該實(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)室(shi)(shi)工(gong)(gong)作過。卡文迪(di)許實(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)室(shi)(shi)甚(shen)至被(bei)譽為(wei)(wei)“諾貝爾物(wu)理(li)學(xue)(xue)(xue)獎獲得者的(de)(de)(de)(de)搖籃”。作為(wei)(wei)該實(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)室(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)第(di)一(yi)任(ren)主任(ren),麥(mai)克(ke)斯韋(wei)(wei)在(zai)1871年(nian)的(de)(de)(de)(de)就職演說中對實(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)室(shi)(shi)未來的(de)(de)(de)(de)教學(xue)(xue)(xue)方針(zhen)和研(yan)究(jiu)精神作了(le)(le)精彩的(de)(de)(de)(de)論述,是(shi)(shi)科學(xue)(xue)(xue)史上一(yi)個(ge)(ge)具有重要(yao)意義(yi)的(de)(de)(de)(de)演說。麥(mai)克(ke)斯韋(wei)(wei)的(de)(de)(de)(de)本行是(shi)(shi)理(li)論物(wu)理(li)學(xue)(xue)(xue),但他卻清楚地知(zhi)道實(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)稱雄的(de)(de)(de)(de)時(shi)代還(huan)沒有過去。他批評當時(shi)英國傳統的(de)(de)(de)(de)“粉筆”物(wu)理(li)學(xue)(xue)(xue),呼(hu)吁加(jia)強實(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)物(wu)理(li)學(xue)(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)及其在(zai)大學(xue)(xue)(xue)教育中的(de)(de)(de)(de)作用,為(wei)(wei)后世確立了(le)(le)實(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)科學(xue)(xue)(xue)精神。
早在(zai)1787年,拉(la)普(pu)拉(la)斯(si)(si)進行過把土星(xing)光(guang)(guang)環(huan)(huan)(huan)作(zuo)為(wei)(wei)固(gu)體研究的(de)(de)(de)(de)(de)(de)計算(suan)。當時他曾確定(ding),土星(xing)光(guang)(guang)環(huan)(huan)(huan)作(zuo)為(wei)(wei)一個均勻(yun)(yun)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)剛(gang)性環(huan)(huan)(huan),它不(bu)會(hui)瓦解的(de)(de)(de)(de)(de)(de)原因要滿足兩個條件(jian),一是(shi)它以一種使離心力(li)(li)(li)與(yu)土星(xing)引(yin)力(li)(li)(li)相平衡(heng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)速(su)度運轉(zhuan),二是(shi)光(guang)(guang)環(huan)(huan)(huan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)密度與(yu)土星(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)密度之比超(chao)過臨界值0.8,從而使環(huan)(huan)(huan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)內(nei)層與(yu)外層之間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)引(yin)力(li)(li)(li)超(chao)過在(zai)不(bu)同(tong)半徑處離心力(li)(li)(li)與(yu)萬有(you)引(yin)力(li)(li)(li)之差。他之所(suo)以有(you)如此推(tui)論(lun),是(shi)因為(wei)(wei),一個均勻(yun)(yun)環(huan)(huan)(huan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)運動(dong)在(zai)動(dong)力(li)(li)(li)學上是(shi)不(bu)穩定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)(de),任何輕微(wei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)破壞平衡(heng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)位移(yi)都會(hui)導致環(huan)(huan)(huan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)運動(dong)被(bei)破壞,使光(guang)(guang)環(huan)(huan)(huan)落向土星(xing)。拉(la)普(pu)拉(la)斯(si)(si)推(tui)測,土星(xing)光(guang)(guang)環(huan)(huan)(huan)是(shi)一個質量分布不(bu)規則(ze)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)固(gu)體環(huan)(huan)(huan)。
到(dao)了(le)(le)(le)1855年,理(li)論(lun)仍然停留在此,而這中間(jian),人們又觀(guan)測到(dao)了(le)(le)(le)土(tu)星(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)新的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)暗環(huan),和(he)(he)更進一(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)步的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)分離現(xian)象,還有(you)光環(huan)系統自從被發現(xian)以來(lai)二百年間(jian)整(zheng)體(ti)(ti)尺度的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)緩慢(man)變(bian)化(hua)。因此,一(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)些科學家(jia)們提出了(le)(le)(le)一(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)假說(shuo),來(lai)解釋土(tu)星(xing)光環(huan)在動力學上的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)穩定(ding)(ding)性(xing),這個(ge)假說(shuo)是(shi)(shi)(shi):土(tu)星(xing)光環(huan)是(shi)(shi)(shi):由固體(ti)(ti)流(liu)體(ti)(ti)和(he)(he)大量(liang)并非相(xiang)互密集的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)物(wu)質(zhi)(zhi)構(gou)成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)。麥克(ke)斯(si)韋(wei)就根據(ju)這一(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)假說(shuo)進行了(le)(le)(le)論(lun)述。他首先著手(shou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)(shi)拉普(pu)拉斯(si)留下(xia)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)固體(ti)(ti)環(huan)理(li)論(lun),并確定(ding)(ding)了(le)(le)(le)一(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)任意形狀(zhuang)環(huan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)穩定(ding)(ding)性(xing)條(tiao)件。麥克(ke)斯(si)韋(wei)依(yi)據(ju)環(huan)在土(tu)星(xing)中心造成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)勢,列出了(le)(le)(le)運動方程式,獲(huo)得(de)(de)了(le)(le)(le)對勻(yun)(yun)速運動的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)勢的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)階導數(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)兩個(ge)限制,然后(hou)由泰勒(le)展開式又得(de)(de)到(dao)關于(yu)穩定(ding)(ding)運動二階導數(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)三(san)個(ge)條(tiao)件。麥克(ke)斯(si)韋(wei)又把這些結果換成關于(yu)質(zhi)(zhi)量(liang)分布(bu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)傅立葉級數(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)前三(san)個(ge)系數(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)條(tiao)件。因而他證明了(le)(le)(le),除非有(you)一(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)種(zhong)奇妙(miao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)特殊(shu)情(qing)形,幾乎每個(ge)可以想(xiang)象的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)環(huan)都(dou)是(shi)(shi)(shi)不穩定(ding)(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)。這種(zhong)特殊(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)情(qing)形是(shi)(shi)(shi)指一(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)均勻(yun)(yun)環(huan)在一(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)點(dian)上承(cheng)載(zai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)質(zhi)(zhi)量(liang)介于(yu)剩(sheng)余(yu)質(zhi)(zhi)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)4.43倍(bei)到(dao)4.67倍(bei)之(zhi)間(jian)。但是(shi)(shi)(shi)這種(zhong)特殊(shu)情(qing)況的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)固體(ti)(ti)環(huan)在不均勻(yun)(yun)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)引力下(xia)會瓦(wa)解掉,所以固體(ti)(ti)環(huan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)理(li)論(lun)假說(shuo)是(shi)(shi)(shi)不能成立的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)。
麥(mai)(mai)克斯(si)(si)(si)韋早在(zai)1849年在(zai)愛丁堡(bao)的(de)(de)(de)(de)福(fu)布斯(si)(si)(si)實(shi)(shi)驗室(shi)就開始了色(se)(se)(se)混(hun)合實(shi)(shi)驗。在(zai)那個(ge)(ge)時候,愛丁堡(bao)有許多研(yan)究(jiu)顏(yan)色(se)(se)(se)的(de)(de)(de)(de)學者(zhe),除了福(fu)布斯(si)(si)(si)、威(wei)爾(er)遜和布儒斯(si)(si)(si)特外(wai),還有一些對(dui)眼睛感興趣的(de)(de)(de)(de)醫生(sheng)和科學家。實(shi)(shi)驗主(zhu)要就是(shi)在(zai)于觀察一個(ge)(ge)快速旋轉圓盤上的(de)(de)(de)(de)幾個(ge)(ge)著(zhu)色(se)(se)(se)扇(shan)形(xing)所生(sheng)成的(de)(de)(de)(de)顏(yan)色(se)(se)(se)。麥(mai)(mai)克斯(si)(si)(si)韋和福(fu)布斯(si)(si)(si)首(shou)先做出的(de)(de)(de)(de)一個(ge)(ge)實(shi)(shi)驗是(shi)使紅、黃(huang)(huang)、藍組合產生(sheng)灰色(se)(se)(se)。他們的(de)(de)(de)(de)實(shi)(shi)驗失敗了,而其中的(de)(de)(de)(de)主(zhu)要原因是(shi):藍與黃(huang)(huang)混(hun)合并不象常規那樣生(sheng)成綠(lv)色(se)(se)(se),而是(shi)當兩者(zhe)都不占優勢時產生(sheng)一種(zhong)淡紅色(se)(se)(se),這種(zhong)組合加(jia)上紅色(se)(se)(se)不可能(neng)產生(sheng)任何(he)灰色(se)(se)(se)。
時間 著(zhu)作名稱 備(bei)注
1862年 《論物理的(de)(de)(de)力(li)線》 把磁(ci)場(chang)中的(de)(de)(de)轉(zhuan)動(dong)這一假說從尋常的(de)(de)(de)物質推廣(guang)到以(yi)太。他考慮了深(shen)置(zhi)于不(bu)可壓(ya)縮流(liu)體(ti)(ti)中渦(wo)旋(xuan)(xuan)的(de)(de)(de)排列(lie)。在(zai)(zai)正常情況下,壓(ya)強在(zai)(zai)各方向是相(xiang)同(tong)(tong)的(de)(de)(de),但轉(zhuan)動(dong)引起的(de)(de)(de)離心力(li)使每一渦(wo)旋(xuan)(xuan)發生(sheng)縱向收縮并施加(jia)經向壓(ya)強,這正模(mo)擬(ni)了法拉第(di)力(li)線學(xue)說中所提的(de)(de)(de)應力(li)分布。由(you)于使每一渦(wo)旋(xuan)(xuan)的(de)(de)(de)角速(su)度同(tong)(tong)局部磁(ci)場(chang)強度成正比,麥(mai)(mai)克斯韋(wei)得(de)出了同(tong)(tong)已有的(de)(de)(de)關于磁(ci)體(ti)(ti)、穩恒電(dian)流(liu)及(ji)抗磁(ci)體(ti)(ti)之間(jian)力(li)的(de)(de)(de)理論完(wan)全相(xiang)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)公式。根據流(liu)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)觀察實驗,麥(mai)(mai)克斯韋(wei)認為各渦(wo)旋(xuan)(xuan)之所以(yi)能沿同(tong)(tong)一指向自由(you)轉(zhuan)動(dong),是因為各渦(wo)旋(xuan)(xuan)由(you)一層微小的(de)(de)(de)粒(li)子(zi)同(tong)(tong)與(yu)它(ta)相(xiang)鄰(lin)的(de)(de)(de)渦(wo)旋(xuan)(xuan)格(ge)開,這種(zhong)粒(li)子(zi)與(yu)電(dian)完(wan)全相(xiang)同(tong)(tong)。
1863年 《論(lun)電學(xue)量(liang)(liang)的(de)基本(ben)關(guan)系(xi)(xi)》 他(ta)推廣傅(fu)立葉(xie)在熱的(de)理(li)論(lun)中開(kai)始的(de)程(cheng)序,宣布了(le)同質(zhi)量(liang)(liang)、長度(du)、時(shi)間(jian)(jian)度(du)有關(guan)的(de)電學(xue)量(liang)(liang)和磁學(xue)量(liang)(liang)的(de)定義,以(yi)便于提供對那種(zhong)二元的(de)電學(xue)單位制的(de)第一個(ge)最完整透徹的(de)說(shuo)明。他(ta)引入(ru)了(le)成為標準(zhun)的(de)記號,把量(liang)(liang)綱關(guan)系(xi)(xi)表示為用括(kuo)弧(hu)括(kuo)起(qi)來的(de)質(zhi)量(liang)(liang)、長度(du)、時(shi)間(jian)(jian)量(liang)(liang)度(du)的(de)冪(mi)(音mì)的(de)乘積,帶有各自的(de)無(wu)量(liang)(liang)綱的(de)乘數。在這(zhe)一年,麥(mai)克斯韋已經找到(dao)了(le)在電磁量(liang)(liang)與光(guang)速之間(jian)(jian)的(de)一個(ge)純唯象性質(zhi)的(de)環節(jie)。
1865年 《電(dian)(dian)(dian)磁(ci)場(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)動力學理論(lun)》 為解(jie)決與(yu)光(guang)(guang)速之(zhi)間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)純唯象問題提供了(le)一(yi)個(ge)新(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)理論(lun)框(kuang)架。它以實驗和幾個(ge)普遍的(de)(de)(de)(de)(de)(de)動力學原理為根據,證明(ming)了(le)不需要任何有關(guan)分子(zi)渦旋(xuan)或電(dian)(dian)(dian)粒(li)子(zi)之(zhi)間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)力的(de)(de)(de)(de)(de)(de)專門(men)假(jia)設,電(dian)(dian)(dian)磁(ci)波(bo)在空間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)傳播就(jiu)會發生。在這篇論(lun)文中,麥(mai)克(ke)斯(si)韋(wei)(wei)完善了(le)他的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方程式。他采用(yong)拉(la)(la)格朗(lang)日和哈密頓(dun)創立的(de)(de)(de)(de)(de)(de)數學方法,由(you)該(gai)方程組(zu)直接導出了(le)電(dian)(dian)(dian)場(chang)和磁(ci)場(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)波(bo)動方程,其波(bo)動的(de)(de)(de)(de)(de)(de)傳播速度(du)為一(yi)個(ge)介(jie)電(dian)(dian)(dian)系(xi)數和導磁(ci)系(xi)數的(de)(de)(de)(de)(de)(de)幾何平均的(de)(de)(de)(de)(de)(de)倒數,這一(yi)速度(du)正當等于(yu)(yu)光(guang)(guang)速。這一(yi)結果(guo)又再一(yi)次(ci)與(yu)麥(mai)克(ke)斯(si)韋(wei)(wei)推算結果(guo)完全一(yi)致。至此電(dian)(dian)(dian)磁(ci)波(bo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)存(cun)在是確定(ding)(ding)無疑的(de)(de)(de)(de)(de)(de)了(le)。由(you)此,麥(mai)克(ke)斯(si)韋(wei)(wei)大膽的(de)(de)(de)(de)(de)(de)斷(duan)定(ding)(ding),光(guang)(guang)也是一(yi)種(zhong)電(dian)(dian)(dian)磁(ci)波(bo)。法拉(la)(la)第當年關(guan)于(yu)(yu)光(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)磁(ci)論(lun)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)朦(meng)朧猜想,經過麥(mai)克(ke)斯(si)韋(wei)(wei)精心地計算而變成為科學的(de)(de)(de)(de)(de)(de)推論(lun)。
1873年 《電磁(ci)學通(tong)論》 麥克斯(si)(si)韋(wei)比以前更(geng)為(wei)徹底地應(ying)用了拉(la)格朗日的(de)方(fang)程,推廣了動力學的(de)形式體系。麥克斯(si)(si)韋(wei)系統(tong)地總(zong)結了人(ren)類在19世紀中(zhong)葉前后對電磁(ci)現象的(de)探索研究軌跡,其中(zhong)包括(kuo)庫侖、安培、奧(ao)斯(si)(si)特、法拉(la)第等(deng)人(ren)的(de)不可磨(mo)滅(mie)的(de)功(gong)績,更(geng)為(wei)細(xi)致、系統(tong)地概括(kuo)了他本人(ren)的(de)創造性努力的(de)結果和成(cheng)就,從而建立起完整的(de)電磁(ci)學理論。
1931年,愛因斯坦在麥克斯韋百年誕辰的紀念會上,評(ping)價其建(jian)樹“是牛頓以來,物理學最(zui)深刻和最(zui)富有成(cheng)果的工作。
麥(mai)克斯韋(wei)在電(dian)磁學上取得的(de)的(de)成(cheng)就被(bei)譽(yu)為繼艾薩(sa)克·牛頓之(zhi)后,“物理學的(de)第二(er)次大統(tong)一”。麥(mai)克斯韋(wei)被(bei)普遍認為是對二(er)十(shi)世紀最有影響力的(de)十(shi)九(jiu)世紀物理學家(jia)。他對基(ji)礎自然科學的(de)貢獻僅次于艾薩(sa)克·牛頓。
科學(xue)史上(shang),稱牛(niu)頓把天上(shang)和地上(shang)的運動(dong)規(gui)律統(tong)一起(qi)來(lai),是實現(xian)第一次(ci)大綜合,麥(mai)克斯韋把電、光統(tong)一起(qi)來(lai),是實現(xian)第二次(ci)大綜合,因此應與牛(niu)頓齊名。
《電磁學(xue)通論(lun)(lun)》是(shi)一(yi)部經(jing)典的(de)(de)電磁理論(lun)(lun)著作,可與(yu)牛頓(dun)的(de)(de)《數學(xue)原理》(力學(xue))、達(da)爾文的(de)(de)《物(wu)(wu)(wu)種起(qi)源(yuan)》(生物(wu)(wu)(wu)學(xue))相提并論(lun)(lun)。從(cong)安培(pei)、奧(ao)斯特(te),經(jing)法(fa)拉第、湯(tang)姆遜(xun)最(zui)后到麥(mai)克(ke)斯韋,通過(guo)幾(ji)代人(ren)的(de)(de)不(bu)懈(xie)努力,電磁理論(lun)(lun)的(de)(de)宏偉大廈,終于建(jian)立(li)起(qi)來。這本(ben)書(shu)的(de)(de)出版(ban),理所當(dang)然地成了物(wu)(wu)(wu)理學(xue)界的(de)(de)一(yi)件大事,當(dang)時麥(mai)克(ke)斯韋只有42歲,已(yi)經(jing)回到劍(jian)橋任實驗物(wu)(wu)(wu)理學(xue)的(de)(de)教授(shou)。人(ren)們早已(yi)通過(guo)他(ta)以(yi)前的(de)(de)幾(ji)篇卓有見地的(de)(de)論(lun)(lun)文而熟識了他(ta),他(ta)的(de)(de)朋友和學(xue)生以(yi)及(ji)科學(xue)界的(de)(de)人(ren)士對他(ta)的(de)(de)這本(ben)書(shu)更是(shi)期待已(yi)久,爭相到各地書(shu)店去購買,以(yi)求先睹為快(kuai),所以(yi)書(shu)的(de)(de)第一(yi)版(ban)很(hen)快(kuai)就被搶購一(yi)空。
2016年6月17日,NASA對外宣布,他們正在測(ce)試(shi)一款機翼獨特(te)的(de)混合(he)動(dong)力(li)小型飛機,帶有(you)14個(ge)電動(dong)馬達。NASA將其(qi)命名為X-57,也稱為“麥(mai)克(ke)斯韋(wei)”(Maxwell)。Maxwell的(de)名稱來自(zi)19世紀蘇格蘭物理(li)學家詹姆斯·克(ke)拉(la)克(ke)·麥(mai)克(ke)斯韋(wei)(Jams Clerk Maxwell)。