1846年(nian)智力(li)發育格外(wai)早的(de)(de)(de)(de)(de)(de)麥(mai)(mai)(mai)克(ke)(ke)(ke)斯(si)韋(wei)就向愛丁(ding)(ding)堡皇家(jia)(jia)(jia)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)院遞交了(le)(le)(le)(le)一(yi)份科研(yan)論文。1847年(nian)16歲(sui)中學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)畢業,進(jin)入愛丁(ding)(ding)堡大(da)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)習(xi)。這里(li)是(shi)(shi)(shi)蘇格蘭的(de)(de)(de)(de)(de)(de)最高(gao)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)府。他是(shi)(shi)(shi)班上(shang)年(nian)紀最小的(de)(de)(de)(de)(de)(de)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)生,但考(kao)試成績卻總(zong)是(shi)(shi)(shi)名列前茅。他在這里(li)專(zhuan)攻數學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)物理(li),并且顯示出(chu)非凡(fan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)才華。他讀(du)書非常(chang)用(yong)功,但并非死讀(du)書,在學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)習(xi)之(zhi)余他仍(reng)然寫詩(shi),不(bu)知滿足(zu)地讀(du)課外(wai)書,積累了(le)(le)(le)(le)相當廣泛的(de)(de)(de)(de)(de)(de)知識(shi)(shi)。在愛丁(ding)(ding)堡大(da)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue),麥(mai)(mai)(mai)克(ke)(ke)(ke)斯(si)韋(wei)獲得了(le)(le)(le)(le)攀(pan)登科學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)高(gao)峰所必備的(de)(de)(de)(de)(de)(de)基礎訓練。其中兩個(ge)(ge)人對他影響(xiang)最深(shen)(shen),一(yi)是(shi)(shi)(shi)物理(li)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)家(jia)(jia)(jia)和登山家(jia)(jia)(jia)福(fu)布斯(si),一(yi)是(shi)(shi)(shi)邏輯學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)和形而(er)上(shang)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)教(jiao)授哈密頓。福(fu)布斯(si)是(shi)(shi)(shi)一(yi)個(ge)(ge)實驗家(jia)(jia)(jia),他培養了(le)(le)(le)(le)麥(mai)(mai)(mai)克(ke)(ke)(ke)斯(si)韋(wei)對實驗技術的(de)(de)(de)(de)(de)(de)濃厚興趣(qu),一(yi)個(ge)(ge)從事理(li)論物理(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)人很難(nan)有(you)這種興趣(qu)。他強(qiang)制麥(mai)(mai)(mai)克(ke)(ke)(ke)斯(si)韋(wei)寫作要條理(li)清(qing)楚,并把自己(ji)對科學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)史的(de)(de)(de)(de)(de)(de)愛好傳(chuan)給麥(mai)(mai)(mai)克(ke)(ke)(ke)斯(si)韋(wei)。哈密頓教(jiao)授則(ze)用(yong)廣博的(de)(de)(de)(de)(de)(de)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)識(shi)(shi)影響(xiang)著他,并用(yong)出(chu)色的(de)(de)(de)(de)(de)(de)怪異的(de)(de)(de)(de)(de)(de)批評能力(li)刺激麥(mai)(mai)(mai)克(ke)(ke)(ke)斯(si)韋(wei)去研(yan)究基礎問題(ti)。在這些(xie)有(you)真才實學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)人的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang)下,加上(shang)麥(mai)(mai)(mai)克(ke)(ke)(ke)斯(si)韋(wei)個(ge)(ge)人的(de)(de)(de)(de)(de)(de)天(tian)才和努力(li),麥(mai)(mai)(mai)克(ke)(ke)(ke)斯(si)韋(wei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)識(shi)(shi)一(yi)天(tian)天(tian)進(jin)步,他用(yong)三年(nian)時(shi)(shi)間就完成了(le)(le)(le)(le)四(si)年(nian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)業,相形之(zhi)下,愛丁(ding)(ding)堡大(da)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)這個(ge)(ge)搖籃已經不(bu)能滿足(zu)麥(mai)(mai)(mai)克(ke)(ke)(ke)斯(si)韋(wei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)求知欲。為了(le)(le)(le)(le)進(jin)一(yi)步深(shen)(shen)造,1850年(nian),他征得了(le)(le)(le)(le)父親的(de)(de)(de)(de)(de)(de)同意,離開愛丁(ding)(ding)堡,到人才濟濟的(de)(de)(de)(de)(de)(de)劍(jian)橋去求學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)。赫茲(zi)是(shi)(shi)(shi)德國的(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)位青年(nian)物理(li)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)家(jia)(jia)(jia),麥(mai)(mai)(mai)克(ke)(ke)(ke)斯(si)韋(wei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)《電磁學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)通(tong)論》發表(biao)之(zhi)時(shi)(shi),他只(zhi)16歲(sui)。在當時(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)德國,人們依然固守著牛頓的(de)(de)(de)(de)(de)(de)傳(chuan)統物理(li)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)觀念,法拉第、麥(mai)(mai)(mai)克(ke)(ke)(ke)斯(si)韋(wei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)理(li)論對物質世界進(jin)行(xing)(xing)了(le)(le)(le)(le)嶄新的(de)(de)(de)(de)(de)(de)描繪(hui),但是(shi)(shi)(shi)違背了(le)(le)(le)(le)傳(chuan)統,因此在德國等歐洲中心地帶毫無立(li)足(zu)之(zhi)地,甚而(er)被當成奇談怪論。當時(shi)(shi)支持(chi)電磁理(li)論研(yan)究的(de)(de)(de)(de)(de)(de),只(zhi)有(you)波爾(er)茨(ci)曼和赫爾(er)姆霍(huo)茨(ci)。赫茲(zi)后來成了(le)(le)(le)(le)赫姆霍(huo)茨(ci)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)生。在老(lao)師(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang)下,赫茲(zi)對電磁學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)進(jin)行(xing)(xing)了(le)(le)(le)(le)深(shen)(shen)入的(de)(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究,在進(jin)行(xing)(xing)了(le)(le)(le)(le)物理(li)事實的(de)(de)(de)(de)(de)(de)比較后,他確認,麥(mai)(mai)(mai)克(ke)(ke)(ke)斯(si)韋(wei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)理(li)論比傳(chuan)統的(de)(de)(de)(de)(de)(de)“超距理(li)論”更(geng)令人信服(fu)。于是(shi)(shi)(shi)他決定用(yong)實驗來證實這一(yi)點。
1886年,赫(he)(he)茲經過反復實驗(yan),發明了(le)(le)(le)(le)一(yi)種電(dian)波環(huan),用這種電(dian)波環(huan)作了(le)(le)(le)(le)一(yi)系列的實驗(yan),終(zhong)于(yu)在1888年發現了(le)(le)(le)(le)人們懷疑(yi)和期待(dai)已久的電(dian)磁波。赫(he)(he)茲的實驗(yan)公布后,轟動了(le)(le)(le)(le)全世界(jie)的科學(xue)界(jie),由(you)法拉(la)第(di)開創(chuang)、麥克(ke)斯(si)韋總結的電(dian)磁理論,至此取(qu)得了(le)(le)(le)(le)決定性(xing)的勝利。麥克(ke)斯(si)韋的偉大遺愿終(zhong)于(yu)實現了(le)(le)(le)(le)。
1850年轉(zhuan)入(ru)劍橋(qiao)大學(xue)(xue)(xue)三一學(xue)(xue)(xue)院數學(xue)(xue)(xue)系學(xue)(xue)(xue)習,1854年以第二(er)名的成(cheng)績(ji)獲史密斯(si)獎學(xue)(xue)(xue)金,畢業留校任職(zhi)兩年。1856年在蘇格蘭阿伯丁的馬(ma)里沙(sha)耳任自然(ran)哲學(xue)(xue)(xue)教授(shou)。1860年到倫敦(dun)國王學(xue)(xue)(xue)院任自然(ran)哲學(xue)(xue)(xue)和(he)天文學(xue)(xue)(xue)教授(shou)。1861年選(xuan)為倫敦(dun)皇家(jia)(jia)學(xue)(xue)(xue)會會員。1865年春辭(ci)去教職(zhi)回到家(jia)(jia)鄉(xiang)系統(tong)地(di)總(zong)結(jie)他(ta)的關于(yu)電(dian)磁學(xue)(xue)(xue)的研究成(cheng)果,完成(cheng)了電(dian)磁場理論(lun)的經典(dian)巨著《論(lun)電(dian)和(he)磁》,并(bing)于(yu)1873年出版。
1871年受聘為(wei)劍橋(qiao)大(da)學(xue)新設立的卡文迪(di)什試驗物理學(xue)教授,負責籌建(jian)著名的卡文迪(di)什實驗室。
1874年建成后擔(dan)任(ren)這(zhe)個實(shi)驗室(shi)的第一任(ren)主任(ren),直到1879年11月(yue)5日在(zai)劍橋逝世。
回顧(gu)電(dian)(dian)磁(ci)學(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)歷(li)史,物理學(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)歷(li)程一直到1820年的(de)(de)(de)(de)(de)(de)時候都是以(yi)(yi)牛頓的(de)(de)(de)(de)(de)(de)物理學(xue)(xue)思想為基(ji)礎的(de)(de)(de)(de)(de)(de)。自然界的(de)(de)(de)(de)(de)(de)“力”——熱、電(dian)(dian)、光、磁(ci)以(yi)(yi)及(ji)化學(xue)(xue)作用(yong)正(zheng)在(zai)(zai)被(bei)逐漸歸結(jie)為一系(xi)列流(liu)(liu)體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)粒(li)子間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)瞬時吸引(yin)或排斥(chi)。人們已經知道磁(ci)和靜電(dian)(dian)遵守類(lei)似引(yin)力定律(lv)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)方(fang)反比定律(lv)。在(zai)(zai)19世紀(ji)以(yi)(yi)前的(de)(de)(de)(de)(de)(de)40年中,出現(xian)(xian)(xian)了一種(zhong)反對這種(zhong)觀點的(de)(de)(de)(de)(de)(de)動(dong)(dong)(dong)向(xiang),這種(zhong)觀點贊成“力的(de)(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)關”。1820年,奧斯特發(fa)現(xian)(xian)(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)磁(ci)現(xian)(xian)(xian)象馬上(shang)成了這種(zhong)新趨(qu)勢的(de)(de)(de)(de)(de)(de)第一個證明和極為有(you)(you)(you)力的(de)(de)(de)(de)(de)(de)推(tui)動(dong)(dong)(dong)力,但當時的(de)(de)(de)(de)(de)(de)人又對此(ci)捉摸不定和感到困惑(huo)。奧斯特所觀察到的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)流(liu)(liu)與(yu)(yu)磁(ci)體(ti)間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作用(yong)有(you)(you)(you)兩個基(ji)本點不同于已知的(de)(de)(de)(de)(de)(de)現(xian)(xian)(xian)象:它(ta)(ta)是由運動(dong)(dong)(dong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)顯示出來(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de),而且磁(ci)體(ti)既不被(bei)引(yin)向(xiang)帶電(dian)(dian)流(liu)(liu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)金(jin)屬線,也不被(bei)它(ta)(ta)推(tui)開,而是對于它(ta)(ta)橫(heng)向(xiang)定位。同一年,法國科學(xue)(xue)家安培(pei)用(yong)數學(xue)(xue)方(fang)法總結(jie)了奧斯特的(de)(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)現(xian)(xian)(xian),并創(chuang)立了電(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)力學(xue)(xue),此(ci)后,安培(pei)和他的(de)(de)(de)(de)(de)(de)追隨(sui)者們便力圖使電(dian)(dian)磁(ci)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作用(yong)與(yu)(yu)有(you)(you)(you)關瞬時的(de)(de)(de)(de)(de)(de)超距(ju)作用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)現(xian)(xian)(xian)存見解(jie)調(diao)和起來(lai)。
麥克(ke)(ke)斯韋(wei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)學(xue)研(yan)究(jiu)始于1854年,當(dang)時他(ta)剛從劍橋畢(bi)業不(bu)過(guo)幾星期。他(ta)讀到(dao)了法(fa)拉(la)第(di)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)《電(dian)學(xue)實(shi)(shi)驗研(yan)究(jiu)》,立即被(bei)書中(zhong)新(xin)穎的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)實(shi)(shi)驗和(he)見解(jie)(jie)吸引住了。在(zai)(zai)(zai)當(dang)時人(ren)(ren)們對法(fa)拉(la)第(di)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)觀點(dian)和(he)理論(lun)看法(fa)不(bu)一(yi)(yi),有不(bu)少非(fei)議。最主要原因(yin)就(jiu)(jiu)是(shi)當(dang)時“超距(ju)作用”的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)傳統觀念(nian)影響很深(shen)。另(ling)一(yi)(yi)方面的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)原因(yin)就(jiu)(jiu)是(shi)法(fa)拉(la)第(di)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)理論(lun)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)嚴謹性還不(bu)夠。法(fa)拉(la)第(di)是(shi)實(shi)(shi)驗大師,有著常(chang)人(ren)(ren)所不(bu)及之處,但唯獨欠缺(que)數學(xue)功力(li),所以他(ta)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)創(chuang)見都是(shi)以直觀形(xing)式來表(biao)達的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)。一(yi)(yi)般的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)物理學(xue)家(jia)恪守牛頓(dun)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)物理學(xue)理論(lun),對法(fa)拉(la)第(di)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)學(xue)說感(gan)到(dao)不(bu)可思議。有位天文(wen)學(xue)家(jia)曾公開(kai)宣稱:“誰要在(zai)(zai)(zai)確定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)超距(ju)作用和(he)模糊(hu)不(bu)清的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)力(li)線(xian)(xian)觀念(nian)中(zhong)有所遲(chi)疑,那(nei)就(jiu)(jiu)是(shi)對牛頓(dun)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)褻瀆!”在(zai)(zai)(zai)劍橋的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)學(xue)者(zhe)中(zhong),這種分歧也(ye)相(xiang)當(dang)明顯(xian)。湯(tang)姆(mu)遜也(ye)是(shi)劍橋里一(yi)(yi)名(ming)很有見識(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)學(xue)者(zhe)之一(yi)(yi)。麥克(ke)(ke)斯韋(wei)對他(ta)敬佩不(bu)已,特意給湯(tang)姆(mu)遜寫信,向他(ta)求教有關電(dian)學(xue)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)知識(shi)。湯(tang)姆(mu)遜比麥克(ke)(ke)斯韋(wei)大7歲(sui),對麥克(ke)(ke)斯韋(wei)從事電(dian)學(xue)研(yan)究(jiu)給予過(guo)極大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)幫助(zhu)。在(zai)(zai)(zai)湯(tang)姆(mu)遜的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)指(zhi)導下(xia),麥克(ke)(ke)斯韋(wei)得到(dao)啟示,相(xiang)信法(fa)拉(la)第(di)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)新(xin)論(lun)中(zhong)有著不(bu)為人(ren)(ren)所了解(jie)(jie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)真(zhen)理。認真(zhen)地研(yan)究(jiu)了法(fa)拉(la)第(di)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)著作后,他(ta)感(gan)受到(dao)力(li)線(xian)(xian)思想(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)寶(bao)貴價值,也(ye)看到(dao)法(fa)拉(la)第(di)在(zai)(zai)(zai)定(ding)性表(biao)述上的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)弱點(dian)。于是(shi)這個剛剛畢(bi)業的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)青年科學(xue)家(jia)決定(ding)用數學(xue)來彌(mi)補(bu)這一(yi)(yi)點(dian)。1855年麥克(ke)(ke)斯韋(wei)發表(biao)了第(di)一(yi)(yi)篇關于電(dian)磁(ci)學(xue)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)論(lun)文(wen)《論(lun)法(fa)拉(la)第(di)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)力(li)線(xian)(xian)》。
一般(ban)認為(wei)麥克斯韋是從牛頓到愛因(yin)斯坦這一整個階段中最(zui)偉大的理論物(wu)理學(xue)家。1879年他(ta)在48歲時(shi)因(yin)病(bing)與世長辭(ci)。他(ta)光輝(hui)的生涯就這樣過(guo)早地結束(shu)了。
1865年開始,麥(mai)克斯韋辭去了(le)皇家學院的教(jiao)席,開始潛心進行科學研究(jiu)(jiu),系統地總結研究(jiu)(jiu)成果,撰寫(xie)電磁學專著。
麥克斯韋生(sheng)前(qian)沒有享(xiang)受到他(ta)應得的(de)榮譽,因為(wei)他(ta)的(de)科(ke)學思想和科(ke)學方法(fa)的(de)重(zhong)要意義直到20世(shi)紀科(ke)學革命來(lai)臨時才充(chong)分體現出來(lai)。然(ran)而(er)他(ta)沒能看到科(ke)學革命的(de)發(fa)生(sheng)。1879年11月5日,麥克斯韋因病在(zai)劍橋逝(shi)世(shi),年僅48歲。那(nei)一年正好愛因斯坦(tan)出生(sheng)。
麥克(ke)斯韋主要從(cong)事電(dian)磁(ci)理(li)論、分(fen)子物理(li)學、統(tong)計物理(li)學、光學、力學、彈性理(li)論方面的研(yan)究。尤其是他(ta)建立的電(dian)磁(ci)場理(li)論,將(jiang)電(dian)學、磁(ci)學、光學統(tong)一起來,是19世紀物理(li)學發展(zhan)的最光輝的成果,是科學史上最偉大(da)的綜合之一。
他(ta)預言了(le)(le)電(dian)(dian)磁(ci)(ci)波的(de)(de)存在(zai)(zai)。這種理論預見后來得到了(le)(le)充分的(de)(de)實驗驗證。他(ta)為物(wu)理學(xue)樹(shu)起(qi)了(le)(le)一座豐碑。造福于(yu)人類的(de)(de)無線電(dian)(dian)技術,就是(shi)以(yi)電(dian)(dian)磁(ci)(ci)場理論為基(ji)礎(chu)發展起(qi)來的(de)(de)。麥(mai)克斯韋大約于(yu)1855年開始研(yan)究(jiu)電(dian)(dian)磁(ci)(ci)學(xue),在(zai)(zai)潛心研(yan)究(jiu)了(le)(le)法(fa)拉(la)(la)第(di)關于(yu)電(dian)(dian)磁(ci)(ci)學(xue)方面的(de)(de)新(xin)理論和思(si)想之后,堅信法(fa)拉(la)(la)第(di)的(de)(de)新(xin)理論包含著真理。于(yu)是(shi)他(ta)抱著給法(fa)拉(la)(la)第(di)的(de)(de)理論“提供數學(xue)方法(fa)基(ji)礎(chu)”的(de)(de)愿望,決(jue)心把法(fa)拉(la)(la)第(di)的(de)(de)天才思(si)想以(yi)清晰準(zhun)確的(de)(de)數學(xue)形式(shi)表示出來。
他在(zai)前人成(cheng)就(jiu)的(de)(de)(de)(de)基礎(chu)上,對(dui)整(zheng)(zheng)個電(dian)磁(ci)(ci)(ci)現象(xiang)作了系統、全面的(de)(de)(de)(de)研究(jiu),憑借他高深的(de)(de)(de)(de)數(shu)學(xue)(xue)(xue)造詣和(he)豐富的(de)(de)(de)(de)想象(xiang)力(li)(li)接連(lian)發表(biao)了電(dian)磁(ci)(ci)(ci)場理論(lun)的(de)(de)(de)(de)三(san)篇論(lun)文:《論(lun)法(fa)拉第的(de)(de)(de)(de)力(li)(li)線(xian)(xian)》(1855年(nian)12月(yue)(yue)至1856年(nian)2月(yue)(yue));《論(lun)物(wu)理的(de)(de)(de)(de)力(li)(li)線(xian)(xian)》(1861至1862年(nian));《電(dian)磁(ci)(ci)(ci)場的(de)(de)(de)(de)動力(li)(li)學(xue)(xue)(xue)理論(lun)》(1864年(nian)12月(yue)(yue)8日(ri))。對(dui)前人和(he)他自己的(de)(de)(de)(de)工(gong)作進行(xing)了綜合概括,將電(dian)磁(ci)(ci)(ci)場理論(lun)用(yong)簡潔、對(dui)稱、完(wan)美數(shu)學(xue)(xue)(xue)形(xing)式表(biao)示出來(lai),經后人整(zheng)(zheng)理和(he)改寫,成(cheng)為(wei)經典電(dian)動力(li)(li)學(xue)(xue)(xue)主要基礎(chu)的(de)(de)(de)(de)麥(mai)克斯韋方(fang)程組。據(ju)此,1865年(nian)他預言了電(dian)磁(ci)(ci)(ci)波的(de)(de)(de)(de)存在(zai),電(dian)磁(ci)(ci)(ci)波只可能是橫波,并推導(dao)出電(dian)磁(ci)(ci)(ci)波的(de)(de)(de)(de)傳播速度(du)等于光(guang)速,同時得出結(jie)論(lun):光(guang)是電(dian)磁(ci)(ci)(ci)波的(de)(de)(de)(de)一(yi)種(zhong)形(xing)式,揭示了光(guang)現象(xiang)和(he)電(dian)磁(ci)(ci)(ci)現象(xiang)之間的(de)(de)(de)(de)聯系。1888年(nian)德國(guo)物(wu)理學(xue)(xue)(xue)家赫(he)茲用(yong)實驗(yan)驗(yan)證(zheng)了電(dian)磁(ci)(ci)(ci)波的(de)(de)(de)(de)存在(zai)。
麥(mai)(mai)克斯(si)(si)韋(wei)(wei)于1873年(nian)出(chu)版了科學名著(zhu)《電磁理論》。系統(tong)、全面、完美地闡述了電磁場理論。這(zhe)一(yi)理論成為(wei)經典物(wu)理學的(de)(de)重(zhong)要(yao)支柱之(zhi)(zhi)一(yi)。在熱力(li)(li)學與統(tong)計(ji)(ji)(ji)物(wu)理學方面麥(mai)(mai)克斯(si)(si)韋(wei)(wei)也作出(chu)了重(zhong)要(yao)貢獻,他(ta)是(shi)氣(qi)體動理論的(de)(de)創始人之(zhi)(zhi)一(yi)。1859年(nian)他(ta)首(shou)次用統(tong)計(ji)(ji)(ji)規(gui)律(lv)得出(chu)麥(mai)(mai)克斯(si)(si)韋(wei)(wei)速度分(fen)布(bu)律(lv),從而找到了由(you)微觀量(liang)求統(tong)計(ji)(ji)(ji)平均值的(de)(de)更確(que)切的(de)(de)途徑。1866年(nian)他(ta)給出(chu)了分(fen)子(zi)按速度的(de)(de)分(fen)布(bu)函(han)數(shu)的(de)(de)新推導(dao)方法,這(zhe)種(zhong)方法是(shi)以分(fen)析正向和反向碰(peng)撞(zhuang)為(wei)基礎的(de)(de)。他(ta)引入(ru)了馳(chi)豫時間的(de)(de)概(gai)念,發展了一(yi)般形式的(de)(de)輸(shu)運理論,并把(ba)它應用于擴散、熱傳導(dao)和氣(qi)體內摩擦過程。1867年(nian)引入(ru)了“統(tong)計(ji)(ji)(ji)力(li)(li)學”這(zhe)個術語。麥(mai)(mai)克斯(si)(si)韋(wei)(wei)是(shi)運用數(shu)學工具分(fen)析物(wu)理問題和精(jing)確(que)地表(biao)述科學思想的(de)(de)大師(shi),他(ta)非常重(zhong)視實驗(yan)(yan),由(you)他(ta)負(fu)責建立起來的(de)(de)卡文迪什實驗(yan)(yan)室,在他(ta)和以后幾位主任的(de)(de)領導(dao)下(xia),發展成為(wei)舉世聞名的(de)(de)學術中心之(zhi)(zhi)一(yi)。
研究背景
他由于(yu)列(lie)出(chu)了(le)表(biao)達電(dian)(dian)磁(ci)基本定(ding)(ding)律(lv)的(de)(de)(de)(de)四元(yuan)方程(cheng)(cheng)組而(er)聞(wen)名于(yu)世(shi)。在麥克(ke)斯(si)韋以前的(de)(de)(de)(de)許多年間(jian),人們(men)就(jiu)對電(dian)(dian)和磁(ci)這兩個領域進(jin)行了(le)廣泛的(de)(de)(de)(de)研究(jiu),人們(men)都(dou)知道這兩者是(shi)密切相關的(de)(de)(de)(de)。適用(yong)于(yu)特定(ding)(ding)場合(he)的(de)(de)(de)(de)各種(zhong)電(dian)(dian)磁(ci)定(ding)(ding)律(lv)已被發現(xian),但(dan)是(shi)在麥克(ke)斯(si)韋之前卻(que)沒有形(xing)成(cheng)完整(zheng)、統一的(de)(de)(de)(de)學(xue)說(shuo)。麥克(ke)斯(si)韋用(yong)列(lie)出(chu)的(de)(de)(de)(de)簡短四元(yuan)方程(cheng)(cheng)組(但(dan)卻(que)非常復(fu)雜),就(jiu)可以準確(que)地(di)描繪出(chu)電(dian)(dian)磁(ci)場的(de)(de)(de)(de)特性及(ji)其(qi)相互作用(yong)的(de)(de)(de)(de)關系(xi)。這樣他就(jiu)把混亂紛(fen)紜的(de)(de)(de)(de)現(xian)象歸(gui)納成(cheng)為一種(zhong)統一完整(zheng)的(de)(de)(de)(de)學(xue)說(shuo)。麥克(ke)斯(si)韋方程(cheng)(cheng)在理論(lun)和應用(yong)科學(xue)上都(dou)已經廣泛應用(yong)一個世(shi)紀了(le)。
優點
麥克斯韋方程(cheng)(cheng)(cheng)的(de)最大優點(dian)在(zai)于它(ta)(ta)的(de)通用(yong)性,它(ta)(ta)在(zai)任何情況(kuang)下都可以應用(yong)。在(zai)此以前(qian)所(suo)有(you)的(de)電(dian)磁定律都可由麥克斯韋方程(cheng)(cheng)(cheng)推(tui)導(dao)出(chu)來,許(xu)多從前(qian)沒能(neng)解決的(de)未知數也能(neng)從方程(cheng)(cheng)(cheng)推(tui)導(dao)過程(cheng)(cheng)(cheng)中(zhong)尋(xun)出(chu)答案。
這些新成果(guo)中(zhong)最重要的(de)是(shi)由麥克(ke)斯(si)(si)韋自己推導出(chu)來(lai)的(de)。根(gen)據(ju)他的(de)方程可以(yi)證明出(chu)電磁場(chang)的(de)周期(qi)振蕩(dang)的(de)存(cun)在。這種振蕩(dang)叫電磁波,一(yi)旦發出(chu)就會(hui)通過空間向外傳播。根(gen)據(ju)方程,麥克(ke)斯(si)(si)韋就可以(yi)表達出(chu)電磁波的(de)速度接近300000公里(186000英里)/秒,麥克(ke)斯(si)(si)韋認識到這同所測(ce)到的(de)光速是(shi)一(yi)樣(yang)的(de)。由此他得出(chu)光本身是(shi)由電磁波構成的(de)這一(yi)正確結(jie)論。
因此(ci),麥克斯韋(wei)方(fang)程(cheng)不僅(jin)是電磁學的(de)(de)基本(ben)定律(lv),也是光(guang)(guang)(guang)(guang)學的(de)(de)基本(ben)定律(lv)。的(de)(de)確如此(ci),所有先前(qian)已(yi)知的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)學定律(lv)可以由(you)方(fang)程(cheng)導出,許多先前(qian)未發現的(de)(de)事實和關系也可由(you)方(fang)程(cheng)導出。在此(ci)基礎(chu)上,麥克斯韋(wei)認為(wei)光(guang)(guang)(guang)(guang)是頻率介于某一(yi)(yi)(yi)范(fan)圍之(zhi)內的(de)(de)電磁波。這是人(ren)類在認識光(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)(de)本(ben)性方(fang)面的(de)(de)又(you)一(yi)(yi)(yi)大進步。正(zheng)是在這一(yi)(yi)(yi)意(yi)義上,人(ren)們認為(wei)麥克斯韋(wei)把光(guang)(guang)(guang)(guang)學和電磁學統一(yi)(yi)(yi)起來(lai)了,這是19世(shi)紀科(ke)學史上最偉大的(de)(de)綜合之(zhi)一(yi)(yi)(yi)。
可見(jian)光(guang)并不(bu)是唯一(yi)的一(yi)種(zhong)電(dian)(dian)磁輻射。麥(mai)克(ke)(ke)斯(si)韋方(fang)程表明(ming)與(yu)可見(jian)光(guang)的波(bo)(bo)(bo)長和頻率不(bu)同(tong)的其它電(dian)(dian)磁波(bo)(bo)(bo)也可能(neng)存在(zai)。這些從(cong)理論上(shang)得出(chu)的結(jie)論后(hou)來被海因利茨(ci)·赫茲(zi)公開(kai)演示(shi)證(zheng)明(ming)了(le)。赫茲(zi)不(bu)僅生(sheng)產出(chu)而且檢驗出(chu)了(le)麥(mai)克(ke)(ke)斯(si)韋預言存在(zai)的不(bu)可見(jian)光(guang)波(bo)(bo)(bo)。幾(ji)年以后(hou),伽格利耶(ye)爾摩·馬(ma)可尼證(zheng)明(ming)這些不(bu)可見(jian)光(guang)波(bo)(bo)(bo)可以用于無(wu)線(xian)(xian)(xian)電(dian)(dian)通(tong)訊(xun),無(wu)線(xian)(xian)(xian)電(dian)(dian)隨之問世。今(jin)天我們也用不(bu)可見(jian)光(guang)為電(dian)(dian)視(shi)通(tong)訊(xun)。X線(xian)(xian)(xian)、γ線(xian)(xian)(xian)、紅外線(xian)(xian)(xian)、紫(zi)外線(xian)(xian)(xian)都是電(dian)(dian)磁波(bo)(bo)(bo)輻射的其它一(yi)些例子(zi)。所有這些射線(xian)(xian)(xian)都可以用麥(mai)克(ke)(ke)斯(si)韋方(fang)程來加(jia)以研究(jiu)。
意義
麥(mai)克(ke)斯韋的(de)(de)(de)主(zhu)要貢獻是(shi)建立(li)了(le)(le)麥(mai)克(ke)斯韋方程組(zu),創立(li)了(le)(le)經典(dian)電(dian)(dian)(dian)動力學(xue)(xue)(xue),并且預言了(le)(le)電(dian)(dian)(dian)磁(ci)(ci)波的(de)(de)(de)存在,提出(chu)(chu)了(le)(le)光的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)磁(ci)(ci)說。麥(mai)克(ke)斯韋是(shi)電(dian)(dian)(dian)磁(ci)(ci)學(xue)(xue)(xue)理(li)(li)論的(de)(de)(de)集(ji)大成者。他出(chu)(chu)生于電(dian)(dian)(dian)磁(ci)(ci)學(xue)(xue)(xue)理(li)(li)論奠基人法拉第(di)提出(chu)(chu)電(dian)(dian)(dian)磁(ci)(ci)感應定理(li)(li)的(de)(de)(de)1831年,后來又與法拉第(di)結成忘年之交(jiao),共(gong)同構筑了(le)(le)電(dian)(dian)(dian)磁(ci)(ci)學(xue)(xue)(xue)理(li)(li)論的(de)(de)(de)科學(xue)(xue)(xue)體系(xi)。物(wu)理(li)(li)學(xue)(xue)(xue)歷(li)史上(shang)認為牛頓的(de)(de)(de)經典(dian)力學(xue)(xue)(xue)打開了(le)(le)機(ji)械時代的(de)(de)(de)大門,而麥(mai)克(ke)斯韋電(dian)(dian)(dian)磁(ci)(ci)學(xue)(xue)(xue)理(li)(li)論則為電(dian)(dian)(dian)氣(qi)時代奠定了(le)(le)基石。
雖然麥克(ke)(ke)斯(si)韋(wei)成名主要(yao)是在于他對電磁學(xue)和光(guang)學(xue)做出(chu)的(de)(de)巨大貢(gong)獻(xian),但是他對許多其(qi)它學(xue)科也做出(chu)了(le)重(zhong)要(yao)的(de)(de)貢(gong)獻(xian),其(qi)中(zhong)包括天文學(xue)和熱力(li)學(xue)。他的(de)(de)特殊興趣之一(yi)是氣(qi)(qi)體(ti)運(yun)動(dong)(dong)學(xue)。麥克(ke)(ke)斯(si)韋(wei)認識到并(bing)非所有的(de)(de)氣(qi)(qi)體(ti)分(fen)子(zi)(zi)都按同一(yi)速度(du)運(yun)動(dong)(dong)。有些分(fen)子(zi)(zi)運(yun)動(dong)(dong)慢,有些分(fen)子(zi)(zi)運(yun)動(dong)(dong)快,有些以極高(gao)速度(du)運(yun)動(dong)(dong)。麥克(ke)(ke)斯(si)韋(wei)推導出(chu)了(le)求已(yi)知氣(qi)(qi)體(ti)中(zhong)的(de)(de)分(fen)子(zi)(zi)按某一(yi)速度(du)運(yun)動(dong)(dong)的(de)(de)百分(fen)比公式,這個公式叫做“麥克(ke)(ke)斯(si)韋(wei)分(fen)布式”,是應用(yong)最廣泛的(de)(de)科學(xue)公式之一(yi),在許多物理分(fen)支中(zhong)起著重(zhong)要(yao)的(de)(de)作用(yong)。
麥(mai)克斯韋在(zai)力(li)(li)(li)學方面的(de)貢獻主(zhu)要有:1853年(nian)推廣用偏振光測量應(ying)力(li)(li)(li)的(de)方法;1864年(nian)提(ti)出(chu)結抅力(li)(li)(li)學中桁(heng)架內力(li)(li)(li)的(de)圖解(jie)(jie)法,指(zhi)出(chu)桁(heng)架形狀和(he)內力(li)(li)(li)圖是一對(dui)互易圖,并(bing)(bing)提(ti)出(chu)求(qiu)解(jie)(jie)靜(jing)不(bu)定(ding)(ding)桁(heng)架位移的(de)單位載荷法。1868年(nian)對(dui)粘彈(dan)性(xing)材(cai)料提(ti)出(chu)一種模(mo)型(xing)(后稱麥(mai)克斯韋模(mo)型(xing)),并(bing)(bing)引進松弛時(shi)間的(de)概念(nian)。同年(nian)在(zai)《論調(diao)節(jie)器》中分析了(le)蒸汽機自動調(diao)速器和(he)鐘表機構的(de)運動穩定(ding)(ding)性(xing)問題。1870年(nian)將G.R.艾里提(ti)出(chu)的(de)彈(dan)性(xing)力(li)(li)(li)學中的(de)應(ying)力(li)(li)(li)函數由二維推廣到三維,并(bing)(bing)指(zhi)出(chu)它應(ying)滿足雙調(diao)和(he)方程。1873年(nian)給出(chu)荷電系(xi)統中引力(li)(li)(li)和(he)斥力(li)(li)(li)引起(qi)的(de)應(ying)力(li)(li)(li)場。
麥(mai)克(ke)(ke)斯(si)韋(wei)的(de)(de)另一項(xiang)重(zhong)要工作是(shi)(shi)籌(chou)建了(le)(le)劍橋(qiao)大(da)學(xue)(xue)(xue)(xue)的(de)(de)第(di)一個物(wu)理(li)實(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)室(shi)——著名(ming)的(de)(de)卡(ka)文(wen)迪(di)(di)許實(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)室(shi)。該實(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)室(shi)對(dui)整個實(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)物(wu)理(li)學(xue)(xue)(xue)(xue)的(de)(de)發(fa)展(zhan)產(chan)生了(le)(le)極其(qi)(qi)重(zhong)要的(de)(de)影響,眾(zhong)多著名(ming)科(ke)學(xue)(xue)(xue)(xue)家都曾在該實(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)室(shi)工作過。卡(ka)文(wen)迪(di)(di)許實(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)室(shi)甚至(zhi)被譽(yu)為“諾貝爾物(wu)理(li)學(xue)(xue)(xue)(xue)獎獲得者的(de)(de)搖籃”。作為該實(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)室(shi)的(de)(de)第(di)一任主任,麥(mai)克(ke)(ke)斯(si)韋(wei)在1871年的(de)(de)就職演說(shuo)中對(dui)實(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)室(shi)未來(lai)的(de)(de)教(jiao)學(xue)(xue)(xue)(xue)方針和(he)研究(jiu)精神(shen)作了(le)(le)精彩的(de)(de)論述,是(shi)(shi)科(ke)學(xue)(xue)(xue)(xue)史(shi)上一個具有重(zhong)要意義的(de)(de)演說(shuo)。麥(mai)克(ke)(ke)斯(si)韋(wei)的(de)(de)本行是(shi)(shi)理(li)論物(wu)理(li)學(xue)(xue)(xue)(xue),但他卻清(qing)楚地知(zhi)道實(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)稱雄的(de)(de)時代還沒有過去。他批評當時英國傳統的(de)(de)“粉(fen)筆(bi)”物(wu)理(li)學(xue)(xue)(xue)(xue),呼(hu)吁加強實(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)物(wu)理(li)學(xue)(xue)(xue)(xue)的(de)(de)研究(jiu)及其(qi)(qi)在大(da)學(xue)(xue)(xue)(xue)教(jiao)育中的(de)(de)作用,為后世確(que)立了(le)(le)實(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)科(ke)學(xue)(xue)(xue)(xue)精神(shen)。
早在1787年(nian),拉普(pu)拉斯進行過把土星光(guang)環(huan)(huan)(huan)作(zuo)(zuo)為(wei)固體研(yan)究的(de)計算。當時(shi)他曾確定,土星光(guang)環(huan)(huan)(huan)作(zuo)(zuo)為(wei)一(yi)個(ge)均(jun)勻的(de)剛性環(huan)(huan)(huan),它不(bu)會(hui)瓦解的(de)原(yuan)因要滿足(zu)兩(liang)個(ge)條件(jian),一(yi)是(shi)它以一(yi)種使離心力與(yu)土星引(yin)(yin)力相平衡(heng)的(de)速度(du)運轉,二是(shi)光(guang)環(huan)(huan)(huan)的(de)密度(du)與(yu)土星的(de)密度(du)之(zhi)比超(chao)過臨界(jie)值0.8,從(cong)而(er)使環(huan)(huan)(huan)的(de)內層(ceng)與(yu)外層(ceng)之(zhi)間(jian)的(de)引(yin)(yin)力超(chao)過在不(bu)同半徑處離心力與(yu)萬有引(yin)(yin)力之(zhi)差。他之(zhi)所以有如此推(tui)論(lun),是(shi)因為(wei),一(yi)個(ge)均(jun)勻環(huan)(huan)(huan)的(de)運動在動力學上是(shi)不(bu)穩定的(de),任何輕微(wei)的(de)破壞平衡(heng)的(de)位移(yi)都(dou)會(hui)導(dao)致環(huan)(huan)(huan)的(de)運動被破壞,使光(guang)環(huan)(huan)(huan)落向土星。拉普(pu)拉斯推(tui)測,土星光(guang)環(huan)(huan)(huan)是(shi)一(yi)個(ge)質量(liang)分布不(bu)規則的(de)固體環(huan)(huan)(huan)。
到(dao)了(le)1855年,理論(lun)(lun)仍然停留在(zai)此(ci),而這(zhe)中間(jian)(jian),人(ren)們又(you)觀測到(dao)了(le)土(tu)星(xing)的(de)(de)(de)一(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)新的(de)(de)(de)暗環,和更進(jin)一(yi)(yi)(yi)步的(de)(de)(de)分(fen)離現(xian)象,還有光(guang)環系統自從被發現(xian)以(yi)(yi)來二(er)百年間(jian)(jian)整(zheng)體尺度的(de)(de)(de)緩慢變化。因(yin)此(ci),一(yi)(yi)(yi)些科學(xue)家們提出了(le)一(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)假(jia)說(shuo),來解釋土(tu)星(xing)光(guang)環在(zai)動力(li)(li)學(xue)上(shang)的(de)(de)(de)穩定(ding)(ding)性,這(zhe)個(ge)(ge)假(jia)說(shuo)是(shi):土(tu)星(xing)光(guang)環是(shi):由固(gu)體流體和大量并(bing)非(fei)相(xiang)互(hu)密集的(de)(de)(de)物質(zhi)構成的(de)(de)(de)。麥克(ke)斯(si)韋就根(gen)據這(zhe)一(yi)(yi)(yi)假(jia)說(shuo)進(jin)行了(le)論(lun)(lun)述。他首先(xian)著手的(de)(de)(de)是(shi)拉(la)普拉(la)斯(si)留下的(de)(de)(de)固(gu)體環理論(lun)(lun),并(bing)確定(ding)(ding)了(le)一(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)任意(yi)形狀環的(de)(de)(de)穩定(ding)(ding)性條(tiao)件。麥克(ke)斯(si)韋依據環在(zai)土(tu)星(xing)中心造(zao)成的(de)(de)(de)勢(shi),列出了(le)運(yun)(yun)動方程式(shi),獲得了(le)對勻速運(yun)(yun)動的(de)(de)(de)勢(shi)的(de)(de)(de)一(yi)(yi)(yi)階導(dao)(dao)數的(de)(de)(de)兩(liang)個(ge)(ge)限制,然后由泰勒展開式(shi)又(you)得到(dao)關于穩定(ding)(ding)運(yun)(yun)動二(er)階導(dao)(dao)數的(de)(de)(de)三個(ge)(ge)條(tiao)件。麥克(ke)斯(si)韋又(you)把這(zhe)些結(jie)果換成關于質(zhi)量分(fen)布的(de)(de)(de)傅立(li)葉級(ji)數的(de)(de)(de)前三個(ge)(ge)系數的(de)(de)(de)條(tiao)件。因(yin)而他證明了(le),除(chu)非(fei)有一(yi)(yi)(yi)種(zhong)奇妙的(de)(de)(de)特(te)(te)殊(shu)(shu)情(qing)形,幾(ji)乎每個(ge)(ge)可以(yi)(yi)想象的(de)(de)(de)環都是(shi)不穩定(ding)(ding)的(de)(de)(de)。這(zhe)種(zhong)特(te)(te)殊(shu)(shu)的(de)(de)(de)情(qing)形是(shi)指(zhi)一(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)均勻環在(zai)一(yi)(yi)(yi)點(dian)上(shang)承載的(de)(de)(de)質(zhi)量介于剩余質(zhi)量的(de)(de)(de)4.43倍(bei)到(dao)4.67倍(bei)之間(jian)(jian)。但(dan)是(shi)這(zhe)種(zhong)特(te)(te)殊(shu)(shu)情(qing)況(kuang)的(de)(de)(de)固(gu)體環在(zai)不均勻的(de)(de)(de)引力(li)(li)下會(hui)瓦解掉(diao),所以(yi)(yi)固(gu)體環的(de)(de)(de)理論(lun)(lun)假(jia)說(shuo)是(shi)不能成立(li)的(de)(de)(de)。
麥(mai)克(ke)斯韋(wei)早在(zai)(zai)1849年在(zai)(zai)愛(ai)(ai)丁堡的(de)福(fu)布(bu)斯實驗(yan)室就開始了(le)色(se)(se)(se)混合(he)實驗(yan)。在(zai)(zai)那個時(shi)候,愛(ai)(ai)丁堡有(you)許多研究顏(yan)色(se)(se)(se)的(de)學者,除了(le)福(fu)布(bu)斯、威(wei)爾遜和(he)布(bu)儒斯特外,還有(you)一(yi)(yi)些對眼睛感興趣的(de)醫生(sheng)和(he)科(ke)學家(jia)。實驗(yan)主(zhu)要就是(shi)在(zai)(zai)于觀察一(yi)(yi)個快速旋轉圓盤(pan)上的(de)幾(ji)個著色(se)(se)(se)扇(shan)形所(suo)生(sheng)成的(de)顏(yan)色(se)(se)(se)。麥(mai)克(ke)斯韋(wei)和(he)福(fu)布(bu)斯首先做出的(de)一(yi)(yi)個實驗(yan)是(shi)使(shi)紅(hong)、黃(huang)、藍組(zu)(zu)合(he)產生(sheng)灰(hui)色(se)(se)(se)。他們的(de)實驗(yan)失敗了(le),而其中(zhong)的(de)主(zhu)要原因是(shi):藍與黃(huang)混合(he)并不象常規那樣生(sheng)成綠色(se)(se)(se),而是(shi)當兩者都不占(zhan)優勢時(shi)產生(sheng)一(yi)(yi)種(zhong)淡(dan)紅(hong)色(se)(se)(se),這種(zhong)組(zu)(zu)合(he)加上紅(hong)色(se)(se)(se)不可能產生(sheng)任何灰(hui)色(se)(se)(se)。
時間 著作名稱 備注
1862年(nian) 《論物理的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)力線(xian)》 把磁(ci)場(chang)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)動(dong)這一(yi)假說從尋常的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)物質推廣到以太。他考慮了(le)(le)深置于不(bu)可(ke)壓縮(suo)流(liu)體(ti)(ti)中渦旋(xuan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)排(pai)列。在(zai)正常情(qing)況下,壓強(qiang)在(zai)各(ge)方向(xiang)是相(xiang)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de),但轉(zhuan)(zhuan)動(dong)引起的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)離心力使(shi)每一(yi)渦旋(xuan)發生(sheng)縱向(xiang)收縮(suo)并施加經向(xiang)壓強(qiang),這正模(mo)擬(ni)了(le)(le)法拉第力線(xian)學說中所(suo)提(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)應力分布。由于使(shi)每一(yi)渦旋(xuan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)角速度(du)同(tong)(tong)局部磁(ci)場(chang)強(qiang)度(du)成正比,麥(mai)克(ke)斯韋(wei)得出了(le)(le)同(tong)(tong)已有的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)關于磁(ci)體(ti)(ti)、穩恒電(dian)流(liu)及抗磁(ci)體(ti)(ti)之(zhi)間力的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)理論完(wan)全相(xiang)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)公式。根據(ju)流(liu)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)觀察實(shi)驗,麥(mai)克(ke)斯韋(wei)認為各(ge)渦旋(xuan)之(zhi)所(suo)以能沿同(tong)(tong)一(yi)指向(xiang)自由轉(zhuan)(zhuan)動(dong),是因為各(ge)渦旋(xuan)由一(yi)層微(wei)小的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)粒(li)子(zi)同(tong)(tong)與它相(xiang)鄰(lin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)渦旋(xuan)格(ge)開(kai),這種粒(li)子(zi)與電(dian)完(wan)全相(xiang)同(tong)(tong)。
1863年 《論電(dian)學(xue)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)基本關系》 他(ta)推廣傅立葉在熱的(de)(de)(de)理論中開始的(de)(de)(de)程序,宣布了同(tong)質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)(liang)、長度(du)、時間(jian)度(du)有關的(de)(de)(de)電(dian)學(xue)量(liang)(liang)(liang)和磁學(xue)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)定義,以便于提供對那種二元的(de)(de)(de)電(dian)學(xue)單位(wei)制的(de)(de)(de)第(di)一(yi)個最完(wan)整透(tou)徹(che)的(de)(de)(de)說(shuo)明。他(ta)引入了成(cheng)為(wei)標準的(de)(de)(de)記(ji)號(hao),把量(liang)(liang)(liang)綱(gang)關系表(biao)示為(wei)用括弧括起(qi)來的(de)(de)(de)質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)(liang)、長度(du)、時間(jian)量(liang)(liang)(liang)度(du)的(de)(de)(de)冪(音mì)的(de)(de)(de)乘積,帶有各(ge)自的(de)(de)(de)無量(liang)(liang)(liang)綱(gang)的(de)(de)(de)乘數(shu)。在這一(yi)年,麥克斯韋已經找到了在電(dian)磁量(liang)(liang)(liang)與光速之間(jian)的(de)(de)(de)一(yi)個純唯象(xiang)性質(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)環(huan)節(jie)。
1865年(nian) 《電(dian)(dian)磁場(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)動(dong)力(li)學(xue)理(li)論(lun)》 為(wei)解決與光速(su)之間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)純(chun)唯象(xiang)問題提供了(le)一個(ge)新的(de)(de)(de)(de)(de)(de)理(li)論(lun)框架(jia)。它(ta)以實驗和幾(ji)個(ge)普遍的(de)(de)(de)(de)(de)(de)動(dong)力(li)學(xue)原理(li)為(wei)根據,證明了(le)不需要任(ren)何(he)有關分子(zi)渦旋(xuan)或(huo)電(dian)(dian)粒子(zi)之間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)力(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)專門假設,電(dian)(dian)磁波在空間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)傳(chuan)播(bo)就(jiu)會發生(sheng)。在這(zhe)篇論(lun)文中,麥克(ke)斯韋完(wan)善了(le)他(ta)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)程(cheng)式(shi)。他(ta)采用拉(la)格朗(lang)日和哈密(mi)頓創立的(de)(de)(de)(de)(de)(de)數(shu)學(xue)方(fang)法(fa),由(you)該方(fang)程(cheng)組(zu)直(zhi)接導出了(le)電(dian)(dian)場(chang)和磁場(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)波動(dong)方(fang)程(cheng),其波動(dong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)傳(chuan)播(bo)速(su)度為(wei)一個(ge)介(jie)電(dian)(dian)系數(shu)和導磁系數(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)幾(ji)何(he)平均的(de)(de)(de)(de)(de)(de)倒數(shu),這(zhe)一速(su)度正當等于(yu)光速(su)。這(zhe)一結(jie)果又再一次與麥克(ke)斯韋推算結(jie)果完(wan)全(quan)一致。至此(ci)電(dian)(dian)磁波的(de)(de)(de)(de)(de)(de)存在是確定(ding)無疑的(de)(de)(de)(de)(de)(de)了(le)。由(you)此(ci),麥克(ke)斯韋大(da)膽的(de)(de)(de)(de)(de)(de)斷定(ding),光也(ye)是一種電(dian)(dian)磁波。法(fa)拉(la)第當年(nian)關于(yu)光的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)磁論(lun)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)朦朧猜想,經過麥克(ke)斯韋精心地計(ji)算而變(bian)成為(wei)科(ke)學(xue)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)推論(lun)。
1873年(nian) 《電磁學通論》 麥(mai)克斯(si)(si)韋(wei)比以前(qian)更為徹底地(di)(di)應用(yong)了(le)拉(la)格朗日(ri)的(de)(de)方程,推(tui)廣了(le)動力(li)學的(de)(de)形式體系(xi)。麥(mai)克斯(si)(si)韋(wei)系(xi)統(tong)地(di)(di)總結(jie)了(le)人(ren)類在19世紀中(zhong)葉(xie)前(qian)后(hou)對電磁現象的(de)(de)探索研究軌(gui)跡,其中(zhong)包括庫侖、安(an)培、奧斯(si)(si)特、法拉(la)第等人(ren)的(de)(de)不可磨(mo)滅的(de)(de)功(gong)績,更為細致(zhi)、系(xi)統(tong)地(di)(di)概括了(le)他本人(ren)的(de)(de)創造性(xing)努力(li)的(de)(de)結(jie)果和成就,從(cong)而建立(li)起(qi)完整的(de)(de)電磁學理(li)論。
1931年,愛因(yin)斯(si)坦在麥(mai)克(ke)斯(si)韋百年誕辰的紀念會上,評(ping)價其建樹“是牛頓以來,物理學最深刻和最富(fu)有(you)成果的工作。
麥(mai)克斯(si)(si)韋(wei)在電(dian)磁(ci)學上取得的(de)的(de)成就被(bei)譽為繼艾薩克·牛(niu)頓之后,“物理學的(de)第二次(ci)大統(tong)一”。麥(mai)克斯(si)(si)韋(wei)被(bei)普遍認為是(shi)對二十世紀最有影響力的(de)十九世紀物理學家。他(ta)對基(ji)礎自(zi)然科(ke)學的(de)貢獻僅次(ci)于艾薩克·牛(niu)頓。
科學(xue)史上,稱牛(niu)頓把(ba)天上和地上的運(yun)動規律統一起(qi)來(lai),是(shi)實現第一次大綜(zong)(zong)合,麥克(ke)斯韋(wei)把(ba)電、光統一起(qi)來(lai),是(shi)實現第二次大綜(zong)(zong)合,因(yin)此應與牛(niu)頓齊名(ming)。
《電磁(ci)學(xue)通論》是(shi)一部經典的(de)(de)(de)(de)電磁(ci)理(li)論著(zhu)作(zuo),可與牛(niu)頓的(de)(de)(de)(de)《數(shu)學(xue)原理(li)》(力(li)學(xue))、達(da)爾(er)文(wen)的(de)(de)(de)(de)《物(wu)(wu)種起源》(生物(wu)(wu)學(xue))相(xiang)提并論。從安培、奧斯特,經法拉第、湯(tang)姆遜最后到麥克(ke)(ke)斯韋,通過幾代人的(de)(de)(de)(de)不懈努力(li),電磁(ci)理(li)論的(de)(de)(de)(de)宏偉大(da)廈,終于建立起來。這本(ben)書的(de)(de)(de)(de)出版(ban),理(li)所(suo)當然地(di)成了(le)物(wu)(wu)理(li)學(xue)界的(de)(de)(de)(de)一件(jian)大(da)事,當時(shi)麥克(ke)(ke)斯韋只有42歲,已經回到劍橋(qiao)任實驗(yan)物(wu)(wu)理(li)學(xue)的(de)(de)(de)(de)教(jiao)授(shou)。人們早已通過他以(yi)(yi)前(qian)的(de)(de)(de)(de)幾篇卓有見地(di)的(de)(de)(de)(de)論文(wen)而熟識了(le)他,他的(de)(de)(de)(de)朋友和學(xue)生以(yi)(yi)及科(ke)學(xue)界的(de)(de)(de)(de)人士對他的(de)(de)(de)(de)這本(ben)書更是(shi)期待已久,爭相(xiang)到各(ge)地(di)書店(dian)去(qu)購買,以(yi)(yi)求先睹為快,所(suo)以(yi)(yi)書的(de)(de)(de)(de)第一版(ban)很快就(jiu)被搶購一空。
2016年6月17日,NASA對(dui)外宣布,他們(men)正在測試一款機(ji)翼獨特的(de)混合動力(li)小型飛機(ji),帶有14個電(dian)動馬達(da)。NASA將其(qi)命名為X-57,也稱為“麥克斯(si)韋(wei)”(Maxwell)。Maxwell的(de)名稱來(lai)自19世紀蘇(su)格(ge)蘭物理學家詹姆斯(si)·克拉克·麥克斯(si)韋(wei)(Jams Clerk Maxwell)。