詹姆斯·克拉克·麦克斯韦,1831年11月13日出生于苏格兰的爱丁堡,其父是一名知识渊博的律师,这使麦克斯韦从小就受到了极为良好的教育。在10岁时麦克斯韦进入爱丁堡中学学习;14岁那年,他就在数学方面有很出众的才华。
麦克斯韦
1847年麦克斯韦进入爱丁堡大学学习数学和物理,并于1850年转入剑桥大学三一学院数学系学习,1854年以全校第二名的成绩获得了史密斯奖学金。毕业后,留院任职两年。1856年受聘在苏格兰阿伯丁的马里沙耳任自然哲学教授,1860年到伦敦国王学院任自然哲学和天文学教授,1861年被选为伦敦皇家学会会员,1865年春辞去工作。回到家乡的麦克斯韦对他喜欢的电磁学进行了详细的研究,并完成了有关电磁场理论的经典巨著《论电和磁》,这本书出版于1873年。
麦克斯韦在1854年从英国剑桥大学毕业之后,便对法拉第的名著《电学实验研究》进行了细心的阅读。此书中法拉第关于电磁现象的有关见解深深地迷住了麦克斯韦。这本书令他意识到,自己对于电磁学的研究还远远不够。
一年后,刚刚24岁的麦克斯韦发表了自己第一篇有关电磁学的论文《法拉第的力线》。论文中,他通过数学方法,将电流周围存在磁力线这一特征概括为一个数学方程。这一年,正好是法拉第结束了长达30多年的电学研究的时候,电磁学领域中最大的希望所在便是麦克斯韦。
1859年,麦克斯韦专门去拜访了早已与自己通信的法拉第,两人交谈甚欢。在谈话中,法拉第提到了4年前麦克斯韦所发表的论文《法拉第的力线》。麦克斯韦询问他对这篇论文的意见,法拉第告诉他:“我并不认为我对于电磁学的认识是真理,但你是真正可以理解它的人。”
“您可以把论文中的缺点指给我看吗?”麦克斯韦谦虚地说。
“这本身是一篇非常出色的文章,但是你不应局限于使用数学方法来对我的观点进行解释,试着去突破它吧!”
法拉第的话使麦克斯韦深受鼓励,他立即以更大的热情投入到新的研究中。
经过两年的加紧研究,麦克斯韦的付出终于获得了回报。1862年,麦克斯韦在英国《哲学杂志》上,发表了第二篇电磁论文《论物理的力线》。文章一经发表,科学界全体震惊。麦克斯韦所引出的位移电流概念,是继法拉第电磁感应后提出的一项重大发现。这不仅是一篇划时代的论文,更是对法拉第观点的进一步延伸与发展。
麦克斯韦并未就此满足,他再一次将自己的数学天赋发挥了出来,由这一科学假设推导了著名的麦克斯韦方程式。这组方程不但圆满地解释了法拉第电磁感应现象,而且还进行了进一步的推广:凡是有磁场变化的地方,都存在感应电场。方程还证明了,变化的磁场会产生电场,变化的电场也会产生磁场。经过了麦克斯韦对电磁现象规律的创造性总结,电磁学才真正成为一种科学的理论。
麦克斯韦方程式预见了电磁波的存在,在做出这一预见时,麦克斯韦刚刚才31岁。后来的他不断向电磁领域的深度进军,并使得麦克斯韦方程的形式更加完备。在研究中,他采用了新的数学方法,证明了电磁波的传播速度等于光速。此后,麦克斯韦向世界宣布:世界上存在一种尚未被人发现,但充满整个空间的电磁波。麦克斯韦的预言,震动了全世界的物理界。他的著作《电磁学通论》的出版,成了当时物理学界的一件大事,第一版几天内就销售一空。
麦克斯韦在1879年11月5日因癌症去世,享年只有49岁。一颗物理学史上的巨星就此陨落了。麦克斯韦依据毕奥、法拉第等前人一系列的发现与实验成果,建立起了世界上第一个完整的电磁理论体系,并成功地预见了电磁波的存在,揭示了光、电、磁现象的本质统一性,促使了物理学的重新统一,为近代科学技术开辟了一条崭新的道路,奠定了现代电子工业、电力工业与无线电工业的基础。
麦克斯韦的一生咤叱风云,他为科学事业贡献了自己的一生,这位科学巨匠在生前的荣誉没有法拉第高。直到他去世后多年,赫兹证明了电磁波存在后,人们才意识到,当年他的推算是多么正确,并公认他是“牛顿以后世界上最伟大的数学物理学家”。
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