物理学家:麦克斯韦

詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(1831 ~ 1879)，英国物理学家，古典电磁理论的创始人。1831年6月13日出生于爱丁堡。我父亲受过法律教育，但他思想活跃，热爱科学和技术，所以他从小就受到科学的熏陶。他10岁时进入爱丁堡高中。他经常因为口音重和衣着寒酸而在班上遭到排斥和嘲笑。然而，在全校举行的数学和诗歌竞赛中，只有麦克斯韦获得了两个科目的一等奖。他因勤奋和聪明赢得了同学们的尊敬。他的学习内容逐渐突破了教科书和课堂教学的限制。他的第一篇关于绘制椭圆曲线的科学论文发表在《爱丁堡皇家学会学报》上，他的方法比笛卡尔的方法简单。那时他只有15岁。1847年，他在爱丁堡大学听课，专攻数学。然而，他非常重视参与实验，并广泛涉及电化学，光学，分子物理和机械工程。他说:“通过数学分析和实验研究相结合获得的物理科学知识比简单的实验者或简单的数学家所拥有的知识更坚实、更有益、更坚定。”他于1850年被剑桥大学录取，并于1854年以优异成绩毕业。他获得了学位，留在学校工作。自1856年以来，他一直是苏格兰阿伯丁玛丽莎耳学院的自然哲学教授，直到1874年。在法拉第的推荐下，他自1860年以来一直是伦敦皇家学院的物理学和天文学教授。自1871年以来，他一直负责卡文迪许实验室的规划，后来被任命为剑桥大学卡文迪许实验室的第一任负责人。麦克斯韦于1879年11月5日在剑桥死于癌症，享年48岁。

麦克斯韦一生致力于物理学研究的许多方面。他最突出的贡献是在经典电磁理论方面。在剑桥学习期间，麦克斯韦在阅读了法拉第的电学实验研究后，立即被法拉第的新奇想法所吸引。他敏锐地理解法拉第的“力线”和“场”概念的重要性。然而，他注意到书中没有数学公式，这表明法拉第的理论仍然缺乏严格的理论形式。在老师威廉·汤姆孙的启发和帮助下，他决心用自己的数学能力完成法拉第的工作。1855年，他发表了他的第一篇论文《论法拉第的力线》。法拉第直观的机械图像用数学形式表示，并给出了电流和磁场之间的微分关系。很快，我收到了法拉第的一封信，信中称赞他说，“我惊讶地发现，这个数学非常好！”1860年，29岁的麦克斯韦拜访了年近70岁的法拉第。法拉第鼓励麦克斯韦:“不要局限于用数学解释现有的观点，而是要突破它。”1861年，麦克斯韦深入分析了磁场变化产生的感应电动势现象，创造性地提出了“分子涡旋”和“位移电流”两个著名的假说。这些内容发表在1862年的第二篇论文《物理力线上》。这两个假设不仅是法拉第成就的数学反映，也是对法拉第电磁学的实质性补充。1864年12月8日，麦克斯韦在英国皇家学会的一次聚会上宣读了一篇题为“电磁场的动力学理论”的重要论文。他系统地总结和概括了前人关于电磁现象的理论，提出了一套关于电荷、电流、电场和磁场的基本微分方程。这些方程后来被h.r .赫兹、o .哈弗西和h.a .洛伦兹编辑和改写，成为麦克斯韦方程，这是经典电动力学的主要基础。这个理论宣布的一个直接推论在科学史上具有重大意义，也就是说，它预言了电磁波的存在。交变电磁场以光速和横波(电磁波)的形式在空间传播。光是一种可见的电磁波。电、磁和光的统一被认为是19世纪科学史上最伟大的综合之一。1888年，麦克斯韦的预测被赫兹证实。1865年以后，麦克斯韦利用从疾病中恢复过来的时间系统地总结了过去一百年来电磁研究的成就。1873年，麦克斯韦发表了他的巨著《电磁理论》，这是一部内容丰富、形式完整的科学杰作。它体现了理论和实验的一致性，并被认为与牛顿的自然哲学数学原理相一致。麦克斯韦的电磁理论已经成为经典物理学的重要支柱之一。

麦克斯韦兴趣广泛，智力超群。他不仅擅长建立各种模型来比较不同的物理现象，而且擅长使用数学工具来分析物理问题。他在其他领域也做出了许多贡献。1859年，他用统计方法推导出热平衡状态下气体分子的“麦克斯韦速度分布定律”。他从数学上证明了土星环是由一组离散的卫星组成的。这篇研究论文获得了亚当斯奖。在论文中，他使用了200多个方程，这显示了他控制数学的卓越能力！在色彩视觉方面，他提出了三原色理论。他首先提出了实现彩色摄影的具体方案。他设计的“彩色陀螺”获得了皇家学会的奖章。在他生命的最后几年，麦克斯韦花费了大量的精力整理和出版卡文迪许的手稿，并建立了卡文迪许实验室，为人类留下了另一份宝贵的科学遗产。