麦克斯韦-自牛顿以来世界上最伟大的数学物理学家

麦克斯韦(1831 - 1879)是19世纪英国伟大的物理学家和数学家。1831年11月13日出生于苏格兰爱丁堡，他从小就很聪明。他的父亲是一位知识渊博的律师，麦克斯韦从小就受到良好的教育。他10岁进入爱丁堡高中。14岁时，他在爱丁堡皇家学会的会议上发表了一篇关于绘制二次曲线的论文，展示了杰出的才华。他于1847年进入爱丁堡大学学习数学和物理。1850年，他转到剑桥大学三一学院学习数学，1854年获得史密斯奖学金，获得第二名。毕业后他在学校呆了两年。1856年，他是苏格兰阿伯丁玛丽莎耳中的自然哲学教授。1860年，他在伦敦国王学院担任自然哲学和天文学教授。1861年，他被选为伦敦皇家学会的成员。1865年春，他辞去了教学职务，回到家乡，系统地总结了自己在电磁学方面的研究成果。他完成了关于电和磁的经典巨著，于1873年出版。1871年，他被剑桥大学聘为卡文迪许新成立的实验物理学教授，负责筹建著名的卡文迪许实验室。在1874年完成后，他担任了第一任实验室主任，直到1879年11月5日在剑桥去世。麦克斯韦主要从事电磁理论、分子物理、统计物理、光学、力学和弹性理论的研究。特别是，他的电磁场理论将电、磁和光统一起来，这是19世纪物理学发展中最辉煌的成就，也是科学史上最伟大的综合之一。他预言了电磁波的存在。这一理论已被实验充分证实。他建了一座物理纪念碑。造福人类的无线电技术是在电磁场理论的基础上发展起来的。麦克斯韦在1855年开始研究电磁学。在潜心研究了法拉第关于电磁学的新理论和思想后，他坚信法拉第的新理论包含真理。因此，他坚持法拉第的“为数学方法提供基础”的理论，并决心以清晰准确的数学形式表达法拉第的天才思想。在前人成果的基础上，他对整个电磁现象进行了系统而全面的研究。凭借深厚的数学造诣和丰富的想象力，他先后发表了三篇关于电磁场理论的论文:《论法拉第的力线》(1855年12月-1856年2月)；物理学的力线(1861-1862)；电磁场动力学(1864年12月8日)。本文全面总结了他的前人和自己的工作。电磁场理论以简洁、对称和完美的数学形式表达。经过后人整理和改写后，麦克斯韦方程成为经典电动力学的主要基础。据此，1865年他预言了电磁波的存在，电磁波只能是横波，并计算出电磁波的传播速度等于光速。同时，他得出结论，光是电磁波的一种形式，揭示了光现象和电磁现象之间的联系。1888年，德国物理学家赫兹用实验来验证电磁波的存在。麦克斯韦在1873年出版了科学杰作《电磁理论》。电磁场理论得到了系统、全面和完善的阐述。这个理论已经成为经典物理学的重要支柱之一。麦克斯韦在热力学和统计物理学方面也做出了重要贡献，他是气体动力学理论的创始人之一。1859年，他第一次利用统计定律获得了麦克斯韦速率分布定律，从而找到了一种更精确的方法，从微观二中找出统计平均值。1866年，他根据对正向和反向碰撞的分析，给出了分子速度分布函数的新推导。他引入了弛豫时间的概念，发展了输运理论的一般形式，并将其应用于气体的扩散、热传导和内耗过程。术语“统计力学”是在1867年提出的。麦克斯韦精通使用数学工具来分析物理问题和准确表达科学思想。他非常重视实验。由他建立的卡文迪什实验室在他和随后的主任的领导下，已经发展成为世界著名的学术中心之一。他善于从实验出发，通过敏锐的观察和思考，运用娴熟的数学技巧，通过细致的分析和推理，大胆地提出有实验依据的假设，建立新的理论，然后对理论和预测结论进行实验检验，逐步完善和形成系统完整的理论。特别是，汤慕荪对类比的有效运用，深深地启发了麦克斯韦，使他成为一个通过类比建立各种模型来研究不同物理现象的专家。在他关于电磁场理论的三篇论文中，他多次运用类比研究方法，发现了不同现象之间的联系，从而逐渐揭示了科学真理。麦克斯韦严谨的科学态度和科学研究方法是人类极其宝贵的精神财富。麦克斯韦晚年生活充满了烦恼。没有人理解他的理论，他的妻子已经病了很长时间。这双重不幸使他筋疲力尽。妻子生病后，整个家庭生活变得混乱。麦克斯韦对他的妻子一直很体贴。为了照顾她，他整整三个星期没有在床上睡觉。尽管如此，他的演讲和实验室工作从未中断过。过度的焦虑和疲劳最终损害了他的健康。同事们注意到这位无私的科学家越来越瘦越来越苍白。然而，他仍然顽强地工作着。1879年是麦克斯韦生命的最后一年。今年的春天来得很晚，而且非常冷。他的健康状况明显恶化，但他仍然坚持宣传电磁理论。此时，他的演讲只有两个听众。一个是美国的研究生，另一个是弗莱明，他后来发明了电子管。这是多么惊人的景象啊！在空荡荡的圆形剧场里，只有两个学生坐在前排。麦克斯韦手里拿着讲稿，坚定地走向讲台。他的脸很瘦，眼睛闪闪发光，表情严肃而严肃。似乎他不是在向两个听众解释他的理论，而是向整个世界解释。1879年11月5日，麦克斯韦死于癌症，享年49岁。在物理学史上，一颗能和牛顿一起发光的恒星已经陨落了。他英年早逝，真是太遗憾了。他的理论为现代科学技术开辟了一条崭新的道路，但他在世时并没有认真对待他的成就。麦克斯韦的生活是一种充满力量和自我牺牲的生活。这位科学巨子生前的荣誉远不如法拉第。直到他死后许多年，人们才意识到电磁波的存在，直到赫兹证明电磁波的存在，并承认他是“继牛顿之后世界上最伟大的数学物理学家”。