1846年(nian)智力發育格外早的(de)(de)麥克(ke)斯(si)(si)韋(wei)(wei)就(jiu)向愛(ai)丁(ding)堡(bao)皇家(jia)(jia)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)院(yuan)遞交了(le)(le)(le)一(yi)(yi)份科(ke)研(yan)(yan)論(lun)文。1847年(nian)16歲中學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)畢(bi)業,進入愛(ai)丁(ding)堡(bao)大(da)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)習。這(zhe)(zhe)里(li)是(shi)(shi)(shi)(shi)蘇(su)格蘭的(de)(de)最高學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)府。他(ta)(ta)(ta)是(shi)(shi)(shi)(shi)班上(shang)年(nian)紀(ji)最小的(de)(de)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)生,但(dan)考試成績卻總是(shi)(shi)(shi)(shi)名(ming)列前(qian)茅。他(ta)(ta)(ta)在(zai)(zai)這(zhe)(zhe)里(li)專攻數學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)物(wu)(wu)理(li)(li),并且顯示出(chu)非凡的(de)(de)才(cai)(cai)華。他(ta)(ta)(ta)讀書非常用(yong)(yong)功,但(dan)并非死讀書,在(zai)(zai)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)習之(zhi)(zhi)余他(ta)(ta)(ta)仍然寫(xie)詩,不知(zhi)(zhi)滿足地(di)(di)讀課外書,積累了(le)(le)(le)相當(dang)廣泛(fan)的(de)(de)知(zhi)(zhi)識(shi)。在(zai)(zai)愛(ai)丁(ding)堡(bao)大(da)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue),麥克(ke)斯(si)(si)韋(wei)(wei)獲得了(le)(le)(le)攀登(deng)科(ke)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)高峰所必備(bei)的(de)(de)基礎訓練(lian)。其中兩個(ge)人對(dui)他(ta)(ta)(ta)影響(xiang)(xiang)最深,一(yi)(yi)是(shi)(shi)(shi)(shi)物(wu)(wu)理(li)(li)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)家(jia)(jia)和(he)登(deng)山家(jia)(jia)福布(bu)斯(si)(si),一(yi)(yi)是(shi)(shi)(shi)(shi)邏輯學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)和(he)形(xing)而(er)(er)上(shang)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)教(jiao)授哈(ha)密頓。福布(bu)斯(si)(si)是(shi)(shi)(shi)(shi)一(yi)(yi)個(ge)實(shi)驗(yan)家(jia)(jia),他(ta)(ta)(ta)培養了(le)(le)(le)麥克(ke)斯(si)(si)韋(wei)(wei)對(dui)實(shi)驗(yan)技(ji)術的(de)(de)濃厚興趣(qu),一(yi)(yi)個(ge)從事理(li)(li)論(lun)物(wu)(wu)理(li)(li)的(de)(de)人很難有(you)(you)這(zhe)(zhe)種興趣(qu)。他(ta)(ta)(ta)強制(zhi)麥克(ke)斯(si)(si)韋(wei)(wei)寫(xie)作要條理(li)(li)清楚,并把自己對(dui)科(ke)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)史的(de)(de)愛(ai)好傳給麥克(ke)斯(si)(si)韋(wei)(wei)。哈(ha)密頓教(jiao)授則用(yong)(yong)廣博(bo)的(de)(de)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)識(shi)影響(xiang)(xiang)著(zhu)他(ta)(ta)(ta),并用(yong)(yong)出(chu)色的(de)(de)怪異的(de)(de)批評能力刺(ci)激麥克(ke)斯(si)(si)韋(wei)(wei)去(qu)(qu)研(yan)(yan)究(jiu)基礎問題。在(zai)(zai)這(zhe)(zhe)些有(you)(you)真才(cai)(cai)實(shi)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)的(de)(de)人的(de)(de)影響(xiang)(xiang)下,加上(shang)麥克(ke)斯(si)(si)韋(wei)(wei)個(ge)人的(de)(de)天才(cai)(cai)和(he)努力,麥克(ke)斯(si)(si)韋(wei)(wei)的(de)(de)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)識(shi)一(yi)(yi)天天進步,他(ta)(ta)(ta)用(yong)(yong)三年(nian)時間就(jiu)完成了(le)(le)(le)四年(nian)的(de)(de)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)業,相形(xing)之(zhi)(zhi)下,愛(ai)丁(ding)堡(bao)大(da)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)這(zhe)(zhe)個(ge)搖籃已經不能滿足麥克(ke)斯(si)(si)韋(wei)(wei)的(de)(de)求知(zhi)(zhi)欲。為了(le)(le)(le)進一(yi)(yi)步深造(zao),1850年(nian),他(ta)(ta)(ta)征得了(le)(le)(le)父(fu)親的(de)(de)同意,離開(kai)愛(ai)丁(ding)堡(bao),到(dao)人才(cai)(cai)濟濟的(de)(de)劍橋(qiao)去(qu)(qu)求學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)。赫茲(zi)是(shi)(shi)(shi)(shi)德國的(de)(de)一(yi)(yi)位青(qing)年(nian)物(wu)(wu)理(li)(li)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)家(jia)(jia),麥克(ke)斯(si)(si)韋(wei)(wei)的(de)(de)《電(dian)(dian)磁(ci)(ci)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)通論(lun)》發表(biao)之(zhi)(zhi)時,他(ta)(ta)(ta)只(zhi)(zhi)16歲。在(zai)(zai)當(dang)時的(de)(de)德國,人們依然固守著(zhu)牛(niu)頓的(de)(de)傳統物(wu)(wu)理(li)(li)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)觀念,法拉第、麥克(ke)斯(si)(si)韋(wei)(wei)的(de)(de)理(li)(li)論(lun)對(dui)物(wu)(wu)質世界進行了(le)(le)(le)嶄新的(de)(de)描(miao)繪,但(dan)是(shi)(shi)(shi)(shi)違背了(le)(le)(le)傳統,因此在(zai)(zai)德國等歐洲(zhou)中心地(di)(di)帶(dai)毫(hao)無立(li)足之(zhi)(zhi)地(di)(di),甚而(er)(er)被當(dang)成奇談(tan)怪論(lun)。當(dang)時支持電(dian)(dian)磁(ci)(ci)理(li)(li)論(lun)研(yan)(yan)究(jiu)的(de)(de),只(zhi)(zhi)有(you)(you)波爾茨(ci)曼(man)和(he)赫爾姆(mu)霍茨(ci)。赫茲(zi)后(hou)來成了(le)(le)(le)赫姆(mu)霍茨(ci)的(de)(de)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)生。在(zai)(zai)老師的(de)(de)影響(xiang)(xiang)下,赫茲(zi)對(dui)電(dian)(dian)磁(ci)(ci)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)進行了(le)(le)(le)深入的(de)(de)研(yan)(yan)究(jiu),在(zai)(zai)進行了(le)(le)(le)物(wu)(wu)理(li)(li)事實(shi)的(de)(de)比較后(hou),他(ta)(ta)(ta)確認,麥克(ke)斯(si)(si)韋(wei)(wei)的(de)(de)理(li)(li)論(lun)比傳統的(de)(de)“超距理(li)(li)論(lun)”更令(ling)人信服。于是(shi)(shi)(shi)(shi)他(ta)(ta)(ta)決(jue)定用(yong)(yong)實(shi)驗(yan)來證實(shi)這(zhe)(zhe)一(yi)(yi)點(dian)。
1886年(nian),赫(he)茲(zi)經過(guo)反復實驗,發(fa)明(ming)了(le)一種電波環,用這種電波環作了(le)一系列的實驗,終于在(zai)1888年(nian)發(fa)現了(le)人們懷(huai)疑和期待已(yi)久的電磁(ci)波。赫(he)茲(zi)的實驗公布后(hou),轟動了(le)全世界(jie)的科學界(jie),由法拉(la)第(di)開創、麥(mai)克斯韋總結的電磁(ci)理論,至此取得了(le)決定(ding)性(xing)的勝利。麥(mai)克斯韋的偉大(da)遺愿終于實現了(le)。
1850年轉入劍橋大學(xue)三一學(xue)院(yuan)數學(xue)系(xi)學(xue)習(xi),1854年以第二名的(de)成(cheng)(cheng)績獲(huo)史密(mi)斯獎學(xue)金,畢業留校(xiao)任(ren)(ren)職兩年。1856年在(zai)蘇格蘭阿伯丁的(de)馬(ma)里沙耳(er)任(ren)(ren)自(zi)然哲學(xue)教授。1860年到倫敦(dun)國王學(xue)院(yuan)任(ren)(ren)自(zi)然哲學(xue)和天文學(xue)教授。1861年選為倫敦(dun)皇(huang)家學(xue)會(hui)會(hui)員。1865年春辭去教職回(hui)到家鄉系(xi)統地(di)總結他的(de)關于(yu)電(dian)磁學(xue)的(de)研究(jiu)成(cheng)(cheng)果,完成(cheng)(cheng)了(le)電(dian)磁場理論(lun)(lun)的(de)經典巨著(zhu)《論(lun)(lun)電(dian)和磁》,并于(yu)1873年出版。
1871年受聘為劍橋大學新設立的卡文(wen)迪什試驗物理學教(jiao)授,負責(ze)籌建著名的卡文(wen)迪什實驗室(shi)。
1874年(nian)建(jian)成后(hou)擔任(ren)(ren)這個實驗室的第(di)一任(ren)(ren)主任(ren)(ren),直到(dao)1879年(nian)11月5日在劍橋(qiao)逝世。
回顧電(dian)磁(ci)(ci)(ci)學的(de)(de)(de)(de)(de)(de)歷(li)(li)史,物理學的(de)(de)(de)(de)(de)(de)歷(li)(li)程(cheng)一(yi)(yi)(yi)直到1820年(nian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)時候都是以牛頓的(de)(de)(de)(de)(de)(de)物理學思想(xiang)為(wei)基礎的(de)(de)(de)(de)(de)(de)。自然界的(de)(de)(de)(de)(de)(de)“力(li)(li)”——熱、電(dian)、光、磁(ci)(ci)(ci)以及化學作用正在被逐漸歸結(jie)(jie)為(wei)一(yi)(yi)(yi)系列流(liu)體的(de)(de)(de)(de)(de)(de)粒子間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)瞬(shun)時吸引或排斥。人們(men)已經知(zhi)道磁(ci)(ci)(ci)和(he)(he)(he)靜電(dian)遵守(shou)類似引力(li)(li)定(ding)(ding)律的(de)(de)(de)(de)(de)(de)平方反(fan)比定(ding)(ding)律。在19世紀(ji)以前的(de)(de)(de)(de)(de)(de)40年(nian)中,出(chu)現(xian)了(le)(le)(le)一(yi)(yi)(yi)種(zhong)反(fan)對這種(zhong)觀點(dian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)動向(xiang),這種(zhong)觀點(dian)贊成“力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)相關”。1820年(nian),奧(ao)斯特發(fa)現(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)磁(ci)(ci)(ci)現(xian)象馬(ma)上(shang)成了(le)(le)(le)這種(zhong)新趨(qu)勢的(de)(de)(de)(de)(de)(de)第(di)一(yi)(yi)(yi)個證明和(he)(he)(he)極為(wei)有(you)(you)力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)推動力(li)(li),但(dan)當時的(de)(de)(de)(de)(de)(de)人又對此捉摸(mo)不定(ding)(ding)和(he)(he)(he)感(gan)到困惑。奧(ao)斯特所觀察到的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)流(liu)與磁(ci)(ci)(ci)體間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作用有(you)(you)兩個基本點(dian)不同于已知(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)現(xian)象:它是由(you)運動的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)顯示(shi)出(chu)來(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de),而且磁(ci)(ci)(ci)體既不被引向(xiang)帶電(dian)流(liu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)金屬線,也不被它推開,而是對于它橫向(xiang)定(ding)(ding)位。同一(yi)(yi)(yi)年(nian),法(fa)國科學家安培用數(shu)學方法(fa)總(zong)結(jie)(jie)了(le)(le)(le)奧(ao)斯特的(de)(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)現(xian),并(bing)創立了(le)(le)(le)電(dian)動力(li)(li)學,此后,安培和(he)(he)(he)他的(de)(de)(de)(de)(de)(de)追(zhui)隨者們(men)便力(li)(li)圖使電(dian)磁(ci)(ci)(ci)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作用與有(you)(you)關瞬(shun)時的(de)(de)(de)(de)(de)(de)超距作用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)現(xian)存見解調和(he)(he)(he)起來(lai)。
麥(mai)克(ke)(ke)(ke)斯(si)(si)韋(wei)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)學(xue)研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)始于(yu)1854年(nian),當(dang)時他(ta)剛(gang)從劍(jian)橋(qiao)畢業不過幾(ji)星期。他(ta)讀到了法拉(la)(la)第(di)的(de)(de)(de)《電(dian)(dian)學(xue)實(shi)(shi)驗(yan)研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)》,立(li)即被書中新(xin)穎的(de)(de)(de)實(shi)(shi)驗(yan)和見解(jie)吸引(yin)住了。在(zai)(zai)當(dang)時人(ren)們對法拉(la)(la)第(di)的(de)(de)(de)觀(guan)點和理論(lun)(lun)(lun)看法不一(yi)(yi),有不少非議。最主(zhu)要原因(yin)就是(shi)(shi)當(dang)時“超距作用”的(de)(de)(de)傳統觀(guan)念影響(xiang)很深。另一(yi)(yi)方面(mian)的(de)(de)(de)原因(yin)就是(shi)(shi)法拉(la)(la)第(di)的(de)(de)(de)理論(lun)(lun)(lun)的(de)(de)(de)嚴謹性還不夠。法拉(la)(la)第(di)是(shi)(shi)實(shi)(shi)驗(yan)大師,有著(zhu)常(chang)人(ren)所不及之處(chu),但唯獨欠(qian)缺(que)數(shu)學(xue)功力,所以(yi)他(ta)的(de)(de)(de)創見都(dou)是(shi)(shi)以(yi)直(zhi)觀(guan)形式來表(biao)達的(de)(de)(de)。一(yi)(yi)般(ban)的(de)(de)(de)物理學(xue)家(jia)恪守(shou)牛(niu)頓(dun)的(de)(de)(de)物理學(xue)理論(lun)(lun)(lun),對法拉(la)(la)第(di)的(de)(de)(de)學(xue)說感(gan)(gan)到不可思議。有位天文(wen)學(xue)家(jia)曾(ceng)公開宣稱:“誰(shui)要在(zai)(zai)確定(ding)的(de)(de)(de)超距作用和模糊不清的(de)(de)(de)力線觀(guan)念中有所遲(chi)疑,那(nei)就是(shi)(shi)對牛(niu)頓(dun)的(de)(de)(de)褻瀆!”在(zai)(zai)劍(jian)橋(qiao)的(de)(de)(de)學(xue)者中,這(zhe)種分(fen)歧(qi)也相當(dang)明顯。湯(tang)姆(mu)遜(xun)也是(shi)(shi)劍(jian)橋(qiao)里一(yi)(yi)名(ming)很有見識(shi)的(de)(de)(de)學(xue)者之一(yi)(yi)。麥(mai)克(ke)(ke)(ke)斯(si)(si)韋(wei)對他(ta)敬佩(pei)不已(yi),特意給湯(tang)姆(mu)遜(xun)寫信,向(xiang)他(ta)求教有關(guan)電(dian)(dian)學(xue)的(de)(de)(de)知識(shi)。湯(tang)姆(mu)遜(xun)比麥(mai)克(ke)(ke)(ke)斯(si)(si)韋(wei)大7歲,對麥(mai)克(ke)(ke)(ke)斯(si)(si)韋(wei)從事電(dian)(dian)學(xue)研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)給予過極大的(de)(de)(de)幫(bang)助。在(zai)(zai)湯(tang)姆(mu)遜(xun)的(de)(de)(de)指導下,麥(mai)克(ke)(ke)(ke)斯(si)(si)韋(wei)得到啟示,相信法拉(la)(la)第(di)的(de)(de)(de)新(xin)論(lun)(lun)(lun)中有著(zhu)不為人(ren)所了解(jie)的(de)(de)(de)真理。認真地研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)了法拉(la)(la)第(di)的(de)(de)(de)著(zhu)作后,他(ta)感(gan)(gan)受到力線思想的(de)(de)(de)寶貴價值(zhi),也看到法拉(la)(la)第(di)在(zai)(zai)定(ding)性表(biao)述上的(de)(de)(de)弱(ruo)點。于(yu)是(shi)(shi)這(zhe)個剛(gang)剛(gang)畢業的(de)(de)(de)青年(nian)科學(xue)家(jia)決定(ding)用數(shu)學(xue)來彌補(bu)這(zhe)一(yi)(yi)點。1855年(nian)麥(mai)克(ke)(ke)(ke)斯(si)(si)韋(wei)發表(biao)了第(di)一(yi)(yi)篇關(guan)于(yu)電(dian)(dian)磁學(xue)的(de)(de)(de)論(lun)(lun)(lun)文(wen)《論(lun)(lun)(lun)法拉(la)(la)第(di)的(de)(de)(de)力線》。
一(yi)(yi)般(ban)認為麥克斯(si)韋是從牛頓到愛因斯(si)坦這(zhe)(zhe)一(yi)(yi)整個階段中最(zui)偉大的理論物理學家(jia)。1879年他在48歲時因病(bing)與世(shi)長辭。他光輝的生涯(ya)就這(zhe)(zhe)樣過早(zao)地結(jie)束了。
1865年開始(shi),麥(mai)克斯韋辭去了皇家學院的教席,開始(shi)潛(qian)心進(jin)行科學研(yan)究,系統地總結研(yan)究成果,撰寫電磁學專著。
麥(mai)克斯韋生前(qian)沒(mei)有享受到他應得的(de)榮譽,因為他的(de)科(ke)學(xue)(xue)思想和科(ke)學(xue)(xue)方法的(de)重要意義直(zhi)到20世(shi)紀科(ke)學(xue)(xue)革命來(lai)臨(lin)時才(cai)充(chong)分體現(xian)出來(lai)。然而他沒(mei)能(neng)看到科(ke)學(xue)(xue)革命的(de)發生。1879年(nian)11月5日(ri),麥(mai)克斯韋因病在劍橋(qiao)逝世(shi),年(nian)僅48歲。那(nei)一年(nian)正好愛(ai)因斯坦出生。
麥克斯韋(wei)主要從(cong)事(shi)電磁理論(lun)、分子(zi)物(wu)理學(xue)、統計物(wu)理學(xue)、光(guang)學(xue)、力學(xue)、彈性理論(lun)方面的(de)研(yan)究(jiu)。尤(you)其是他建(jian)立的(de)電磁場理論(lun),將電學(xue)、磁學(xue)、光(guang)學(xue)統一(yi)起來,是19世紀物(wu)理學(xue)發展(zhan)的(de)最光(guang)輝的(de)成果,是科學(xue)史上最偉大(da)的(de)綜合之一(yi)。
他(ta)預言了(le)(le)(le)電(dian)(dian)磁波(bo)的(de)存在。這種理(li)論(lun)預見后來得到(dao)了(le)(le)(le)充分(fen)的(de)實驗驗證。他(ta)為(wei)物理(li)學樹(shu)起(qi)了(le)(le)(le)一座豐(feng)碑(bei)。造(zao)福(fu)于(yu)人類(lei)的(de)無(wu)線電(dian)(dian)技術,就是(shi)以(yi)電(dian)(dian)磁場理(li)論(lun)為(wei)基礎發展起(qi)來的(de)。麥克斯韋(wei)大約于(yu)1855年(nian)開始研究(jiu)(jiu)電(dian)(dian)磁學,在潛心(xin)研究(jiu)(jiu)了(le)(le)(le)法(fa)拉第(di)關于(yu)電(dian)(dian)磁學方面的(de)新理(li)論(lun)和(he)思想(xiang)之后,堅信(xin)法(fa)拉第(di)的(de)新理(li)論(lun)包含著(zhu)真理(li)。于(yu)是(shi)他(ta)抱著(zhu)給法(fa)拉第(di)的(de)理(li)論(lun)“提供(gong)數學方法(fa)基礎”的(de)愿(yuan)望,決心(xin)把法(fa)拉第(di)的(de)天(tian)才(cai)思想(xiang)以(yi)清晰準確的(de)數學形式(shi)表示出來。
他(ta)在前(qian)人成就(jiu)的(de)(de)(de)(de)(de)基(ji)礎(chu)(chu)上,對(dui)整個電(dian)磁(ci)現(xian)(xian)象作(zuo)了(le)系統、全(quan)面的(de)(de)(de)(de)(de)研究,憑借他(ta)高深的(de)(de)(de)(de)(de)數學(xue)(xue)造詣和(he)豐富(fu)的(de)(de)(de)(de)(de)想(xiang)象力(li)(li)接連發表了(le)電(dian)磁(ci)場理論(lun)的(de)(de)(de)(de)(de)三(san)篇論(lun)文:《論(lun)法拉第的(de)(de)(de)(de)(de)力(li)(li)線(xian)》(1855年(nian)12月(yue)至1856年(nian)2月(yue));《論(lun)物理的(de)(de)(de)(de)(de)力(li)(li)線(xian)》(1861至1862年(nian));《電(dian)磁(ci)場的(de)(de)(de)(de)(de)動(dong)力(li)(li)學(xue)(xue)理論(lun)》(1864年(nian)12月(yue)8日)。對(dui)前(qian)人和(he)他(ta)自己的(de)(de)(de)(de)(de)工作(zuo)進行了(le)綜合概括,將電(dian)磁(ci)場理論(lun)用(yong)簡潔、對(dui)稱、完美(mei)數學(xue)(xue)形式表示出(chu)來,經(jing)后人整理和(he)改寫,成為(wei)經(jing)典電(dian)動(dong)力(li)(li)學(xue)(xue)主(zhu)要基(ji)礎(chu)(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)麥克(ke)斯韋方程(cheng)組。據此,1865年(nian)他(ta)預言了(le)電(dian)磁(ci)波的(de)(de)(de)(de)(de)存在,電(dian)磁(ci)波只可能是橫波,并推導出(chu)電(dian)磁(ci)波的(de)(de)(de)(de)(de)傳播速(su)度等(deng)于光(guang)速(su),同時得出(chu)結論(lun):光(guang)是電(dian)磁(ci)波的(de)(de)(de)(de)(de)一種(zhong)形式,揭示了(le)光(guang)現(xian)(xian)象和(he)電(dian)磁(ci)現(xian)(xian)象之間的(de)(de)(de)(de)(de)聯系。1888年(nian)德國物理學(xue)(xue)家赫茲用(yong)實(shi)驗驗證了(le)電(dian)磁(ci)波的(de)(de)(de)(de)(de)存在。
麥克(ke)斯(si)韋(wei)于1873年出版了(le)科學(xue)名著《電(dian)磁(ci)理(li)(li)(li)論》。系統(tong)、全面、完美地闡述(shu)了(le)電(dian)磁(ci)場理(li)(li)(li)論。這一(yi)理(li)(li)(li)論成(cheng)為經典物(wu)理(li)(li)(li)學(xue)的(de)(de)重(zhong)要支柱之(zhi)一(yi)。在熱(re)力(li)學(xue)與統(tong)計(ji)物(wu)理(li)(li)(li)學(xue)方(fang)(fang)面麥克(ke)斯(si)韋(wei)也作出了(le)重(zhong)要貢獻(xian),他是(shi)氣體動理(li)(li)(li)論的(de)(de)創始(shi)人之(zhi)一(yi)。1859年他首次用統(tong)計(ji)規律得出麥克(ke)斯(si)韋(wei)速度分(fen)(fen)布律,從(cong)而(er)找到了(le)由微觀量求(qiu)統(tong)計(ji)平均(jun)值的(de)(de)更確切(qie)的(de)(de)途(tu)徑。1866年他給出了(le)分(fen)(fen)子按(an)速度的(de)(de)分(fen)(fen)布函數的(de)(de)新推導(dao)方(fang)(fang)法(fa),這種方(fang)(fang)法(fa)是(shi)以分(fen)(fen)析(xi)正向和(he)反向碰撞為基礎的(de)(de)。他引(yin)(yin)入了(le)馳豫(yu)時間的(de)(de)概念,發展了(le)一(yi)般形(xing)式的(de)(de)輸運(yun)理(li)(li)(li)論,并把(ba)它應用于擴散、熱(re)傳導(dao)和(he)氣體內摩擦過(guo)程。1867年引(yin)(yin)入了(le)“統(tong)計(ji)力(li)學(xue)”這個術語(yu)。麥克(ke)斯(si)韋(wei)是(shi)運(yun)用數學(xue)工具分(fen)(fen)析(xi)物(wu)理(li)(li)(li)問(wen)題和(he)精確地表(biao)述(shu)科學(xue)思想的(de)(de)大師,他非常重(zhong)視實驗,由他負責建立起來的(de)(de)卡文迪(di)什實驗室,在他和(he)以后幾位主任的(de)(de)領導(dao)下,發展成(cheng)為舉世聞名的(de)(de)學(xue)術中(zhong)心之(zhi)一(yi)。
研究背景
他由于列出了表達電(dian)(dian)磁(ci)基本定(ding)律的四元方程(cheng)(cheng)組(zu)(zu)而聞(wen)名于世。在(zai)麥(mai)克斯(si)韋(wei)以前的許(xu)多年間,人們(men)就(jiu)對電(dian)(dian)和(he)磁(ci)這(zhe)兩個領域進行了廣泛(fan)的研究,人們(men)都知道這(zhe)兩者是(shi)密(mi)切相關(guan)的。適用(yong)(yong)于特定(ding)場(chang)合的各種電(dian)(dian)磁(ci)定(ding)律已(yi)被發現,但是(shi)在(zai)麥(mai)克斯(si)韋(wei)之前卻沒(mei)有形成完(wan)整(zheng)、統一(yi)(yi)的學(xue)說。麥(mai)克斯(si)韋(wei)用(yong)(yong)列出的簡短四元方程(cheng)(cheng)組(zu)(zu)(但卻非常復雜(za)),就(jiu)可以準(zhun)確地描繪(hui)出電(dian)(dian)磁(ci)場(chang)的特性及(ji)其相互作(zuo)用(yong)(yong)的關(guan)系。這(zhe)樣他就(jiu)把混亂紛(fen)紜(yun)的現象歸納成為一(yi)(yi)種統一(yi)(yi)完(wan)整(zheng)的學(xue)說。麥(mai)克斯(si)韋(wei)方程(cheng)(cheng)在(zai)理論和(he)應(ying)用(yong)(yong)科學(xue)上都已(yi)經(jing)廣泛(fan)應(ying)用(yong)(yong)一(yi)(yi)個世紀(ji)了。
優點
麥(mai)克(ke)斯韋方(fang)程的(de)最大優點在于它的(de)通用性,它在任何情況下都可以應用。在此以前所有的(de)電磁定(ding)律都可由麥(mai)克(ke)斯韋方(fang)程推導(dao)出來,許多從(cong)前沒能解決的(de)未知(zhi)數也能從(cong)方(fang)程推導(dao)過程中尋出答案。
這(zhe)些新成(cheng)果中最重要的(de)(de)(de)是由麥(mai)克斯韋自己推導出來的(de)(de)(de)。根據(ju)他的(de)(de)(de)方程(cheng)可(ke)以證明(ming)出電磁場的(de)(de)(de)周期振蕩(dang)的(de)(de)(de)存在。這(zhe)種振蕩(dang)叫電磁波(bo)(bo),一旦發出就會(hui)通過空(kong)間向外傳(chuan)播。根據(ju)方程(cheng),麥(mai)克斯韋就可(ke)以表達出電磁波(bo)(bo)的(de)(de)(de)速度接(jie)近300000公(gong)里(186000英里)/秒,麥(mai)克斯韋認識到(dao)這(zhe)同所測到(dao)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)速是一樣的(de)(de)(de)。由此(ci)他得出光(guang)(guang)本身是由電磁波(bo)(bo)構成(cheng)的(de)(de)(de)這(zhe)一正確結(jie)論。
因此(ci),麥(mai)克斯(si)韋方程不(bu)僅(jin)是(shi)電磁學的(de)基本定律,也(ye)是(shi)光學的(de)基本定律。的(de)確(que)如(ru)此(ci),所(suo)有先前已知的(de)光學定律可以由方程導出(chu),許(xu)多先前未發現的(de)事實(shi)和關系(xi)也(ye)可由方程導出(chu)。在(zai)此(ci)基礎上(shang),麥(mai)克斯(si)韋認(ren)為(wei)光是(shi)頻率介(jie)于(yu)某一(yi)范圍之(zhi)(zhi)內的(de)電磁波。這是(shi)人類在(zai)認(ren)識光的(de)本性方面(mian)的(de)又一(yi)大進步。正是(shi)在(zai)這一(yi)意義上(shang),人們認(ren)為(wei)麥(mai)克斯(si)韋把光學和電磁學統一(yi)起來了,這是(shi)19世紀科學史上(shang)最(zui)偉大的(de)綜合(he)之(zhi)(zhi)一(yi)。
可(ke)見(jian)光(guang)并不(bu)(bu)(bu)是(shi)唯(wei)一(yi)(yi)的(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)種(zhong)電磁輻射(she)。麥克斯(si)(si)韋方程(cheng)表明(ming)與可(ke)見(jian)光(guang)的(de)(de)(de)(de)波長(chang)和(he)頻(pin)率不(bu)(bu)(bu)同的(de)(de)(de)(de)其它電磁波也(ye)可(ke)能存在。這(zhe)些(xie)從理論上得出(chu)的(de)(de)(de)(de)結論后來被海因利茨·赫茲公開演(yan)示證明(ming)了(le)。赫茲不(bu)(bu)(bu)僅(jin)生產出(chu)而且檢驗出(chu)了(le)麥克斯(si)(si)韋預(yu)言存在的(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)(bu)可(ke)見(jian)光(guang)波。幾(ji)年以后,伽格(ge)利耶爾摩(mo)·馬可(ke)尼(ni)證明(ming)這(zhe)些(xie)不(bu)(bu)(bu)可(ke)見(jian)光(guang)波可(ke)以用(yong)(yong)于無線(xian)(xian)(xian)電通(tong)訊(xun),無線(xian)(xian)(xian)電隨之問世。今天我們也(ye)用(yong)(yong)不(bu)(bu)(bu)可(ke)見(jian)光(guang)為電視(shi)通(tong)訊(xun)。X線(xian)(xian)(xian)、γ線(xian)(xian)(xian)、紅(hong)外(wai)線(xian)(xian)(xian)、紫外(wai)線(xian)(xian)(xian)都是(shi)電磁波輻射(she)的(de)(de)(de)(de)其它一(yi)(yi)些(xie)例(li)子。所有這(zhe)些(xie)射(she)線(xian)(xian)(xian)都可(ke)以用(yong)(yong)麥克斯(si)(si)韋方程(cheng)來加以研(yan)究。
意義
麥(mai)克(ke)斯韋(wei)的主要貢獻是建立(li)了麥(mai)克(ke)斯韋(wei)方程組,創(chuang)立(li)了經(jing)典電動力(li)(li)學(xue)(xue)(xue)(xue),并且預(yu)言(yan)了電磁(ci)(ci)波的存在,提(ti)出(chu)了光的電磁(ci)(ci)說。麥(mai)克(ke)斯韋(wei)是電磁(ci)(ci)學(xue)(xue)(xue)(xue)理論(lun)的集大(da)成者(zhe)。他(ta)出(chu)生于(yu)電磁(ci)(ci)學(xue)(xue)(xue)(xue)理論(lun)奠基(ji)人法(fa)拉第提(ti)出(chu)電磁(ci)(ci)感應定(ding)理的1831年,后(hou)來又與法(fa)拉第結成忘年之(zhi)交,共(gong)同構(gou)筑了電磁(ci)(ci)學(xue)(xue)(xue)(xue)理論(lun)的科(ke)學(xue)(xue)(xue)(xue)體系。物理學(xue)(xue)(xue)(xue)歷史上認為(wei)牛(niu)頓(dun)的經(jing)典力(li)(li)學(xue)(xue)(xue)(xue)打開了機械時代的大(da)門(men),而(er)麥(mai)克(ke)斯韋(wei)電磁(ci)(ci)學(xue)(xue)(xue)(xue)理論(lun)則為(wei)電氣時代奠定(ding)了基(ji)石。
雖然麥克(ke)斯(si)韋成名(ming)主要(yao)(yao)是(shi)在于他對(dui)電磁學(xue)(xue)(xue)和光學(xue)(xue)(xue)做出(chu)的(de)巨大貢(gong)獻(xian),但(dan)是(shi)他對(dui)許(xu)(xu)多其它學(xue)(xue)(xue)科也做出(chu)了重(zhong)要(yao)(yao)的(de)貢(gong)獻(xian),其中包括天文(wen)學(xue)(xue)(xue)和熱力(li)學(xue)(xue)(xue)。他的(de)特殊興(xing)趣(qu)之一(yi)(yi)是(shi)氣體運(yun)(yun)(yun)動(dong)(dong)學(xue)(xue)(xue)。麥克(ke)斯(si)韋認識到并非所有的(de)氣體分(fen)(fen)子(zi)都按(an)同一(yi)(yi)速(su)度運(yun)(yun)(yun)動(dong)(dong)。有些(xie)分(fen)(fen)子(zi)運(yun)(yun)(yun)動(dong)(dong)慢,有些(xie)分(fen)(fen)子(zi)運(yun)(yun)(yun)動(dong)(dong)快,有些(xie)以極高速(su)度運(yun)(yun)(yun)動(dong)(dong)。麥克(ke)斯(si)韋推導出(chu)了求(qiu)已(yi)知氣體中的(de)分(fen)(fen)子(zi)按(an)某一(yi)(yi)速(su)度運(yun)(yun)(yun)動(dong)(dong)的(de)百(bai)分(fen)(fen)比公式(shi),這個(ge)公式(shi)叫做“麥克(ke)斯(si)韋分(fen)(fen)布式(shi)”,是(shi)應用最廣泛(fan)的(de)科學(xue)(xue)(xue)公式(shi)之一(yi)(yi),在許(xu)(xu)多物理分(fen)(fen)支中起(qi)著重(zhong)要(yao)(yao)的(de)作用。
麥克斯韋在力學方面的貢獻主要有:1853年推(tui)廣(guang)用(yong)偏(pian)振光測量應(ying)力的方法;1864年提(ti)出(chu)(chu)結(jie)抅力學中(zhong)桁(heng)(heng)架(jia)內(nei)力的圖解法,指出(chu)(chu)桁(heng)(heng)架(jia)形狀和(he)內(nei)力圖是一對互(hu)易圖,并提(ti)出(chu)(chu)求解靜不定桁(heng)(heng)架(jia)位移的單位載荷法。1868年對粘彈性材料提(ti)出(chu)(chu)一種(zhong)模(mo)型(后稱麥克斯韋模(mo)型),并引(yin)進松(song)弛時間的概念。同年在《論調(diao)節器》中(zhong)分析了蒸汽機自動調(diao)速(su)器和(he)鐘表機構的運動穩定性問(wen)題。1870年將G.R.艾里提(ti)出(chu)(chu)的彈性力學中(zhong)的應(ying)力函(han)數由二維(wei)推(tui)廣(guang)到三(san)維(wei),并指出(chu)(chu)它應(ying)滿足雙調(diao)和(he)方程(cheng)。1873年給出(chu)(chu)荷電(dian)系(xi)統(tong)中(zhong)引(yin)力和(he)斥力引(yin)起(qi)的應(ying)力場。
麥(mai)克斯(si)韋的(de)(de)(de)(de)另一(yi)項重(zhong)要工作(zuo)是(shi)籌建(jian)了(le)劍橋大學(xue)(xue)(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)第(di)一(yi)個(ge)物(wu)理(li)實(shi)(shi)驗(yan)室(shi)(shi)(shi)——著(zhu)名(ming)的(de)(de)(de)(de)卡文迪許實(shi)(shi)驗(yan)室(shi)(shi)(shi)。該實(shi)(shi)驗(yan)室(shi)(shi)(shi)對(dui)整個(ge)實(shi)(shi)驗(yan)物(wu)理(li)學(xue)(xue)(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)發(fa)展產生了(le)極其重(zhong)要的(de)(de)(de)(de)影響,眾多著(zhu)名(ming)科學(xue)(xue)(xue)(xue)家都曾在(zai)該實(shi)(shi)驗(yan)室(shi)(shi)(shi)工作(zuo)過。卡文迪許實(shi)(shi)驗(yan)室(shi)(shi)(shi)甚至被(bei)譽(yu)為(wei)“諾貝爾物(wu)理(li)學(xue)(xue)(xue)(xue)獎獲得者的(de)(de)(de)(de)搖籃(lan)”。作(zuo)為(wei)該實(shi)(shi)驗(yan)室(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)第(di)一(yi)任主任,麥(mai)克斯(si)韋在(zai)1871年(nian)的(de)(de)(de)(de)就職演說中(zhong)對(dui)實(shi)(shi)驗(yan)室(shi)(shi)(shi)未來(lai)的(de)(de)(de)(de)教學(xue)(xue)(xue)(xue)方針和研(yan)究(jiu)精(jing)(jing)神(shen)作(zuo)了(le)精(jing)(jing)彩的(de)(de)(de)(de)論述,是(shi)科學(xue)(xue)(xue)(xue)史上一(yi)個(ge)具有(you)重(zhong)要意義的(de)(de)(de)(de)演說。麥(mai)克斯(si)韋的(de)(de)(de)(de)本行是(shi)理(li)論物(wu)理(li)學(xue)(xue)(xue)(xue),但他卻清(qing)楚地知道實(shi)(shi)驗(yan)稱雄的(de)(de)(de)(de)時代還沒有(you)過去。他批(pi)評當時英國(guo)傳統的(de)(de)(de)(de)“粉筆(bi)”物(wu)理(li)學(xue)(xue)(xue)(xue),呼吁加強實(shi)(shi)驗(yan)物(wu)理(li)學(xue)(xue)(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)及其在(zai)大學(xue)(xue)(xue)(xue)教育中(zhong)的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用,為(wei)后世確立(li)了(le)實(shi)(shi)驗(yan)科學(xue)(xue)(xue)(xue)精(jing)(jing)神(shen)。
早(zao)在1787年(nian),拉(la)普拉(la)斯(si)進行過把(ba)土(tu)(tu)星(xing)光環作為固體研究的(de)(de)(de)(de)(de)計算。當時他曾確(que)定,土(tu)(tu)星(xing)光環作為一(yi)個(ge)均勻(yun)的(de)(de)(de)(de)(de)剛性環,它不(bu)會(hui)(hui)瓦解的(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)因要滿足兩個(ge)條件,一(yi)是它以一(yi)種(zhong)使離心力(li)與(yu)土(tu)(tu)星(xing)引(yin)(yin)力(li)相平衡的(de)(de)(de)(de)(de)速度(du)運(yun)轉(zhuan),二是光環的(de)(de)(de)(de)(de)密度(du)與(yu)土(tu)(tu)星(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)密度(du)之(zhi)比超過臨界(jie)值0.8,從而(er)使環的(de)(de)(de)(de)(de)內層與(yu)外(wai)層之(zhi)間的(de)(de)(de)(de)(de)引(yin)(yin)力(li)超過在不(bu)同半徑處離心力(li)與(yu)萬有引(yin)(yin)力(li)之(zhi)差。他之(zhi)所以有如此推論,是因為,一(yi)個(ge)均勻(yun)環的(de)(de)(de)(de)(de)運(yun)動在動力(li)學上是不(bu)穩定的(de)(de)(de)(de)(de),任何(he)輕微的(de)(de)(de)(de)(de)破壞(huai)平衡的(de)(de)(de)(de)(de)位移都會(hui)(hui)導致環的(de)(de)(de)(de)(de)運(yun)動被(bei)破壞(huai),使光環落向土(tu)(tu)星(xing)。拉(la)普拉(la)斯(si)推測,土(tu)(tu)星(xing)光環是一(yi)個(ge)質量分布不(bu)規則(ze)的(de)(de)(de)(de)(de)固體環。
到了(le)(le)1855年,理論(lun)(lun)仍然停留在(zai)此,而這(zhe)中(zhong)間,人(ren)們又觀測到了(le)(le)土(tu)(tu)星(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)新的(de)(de)(de)(de)(de)(de)暗環(huan),和(he)更進一(yi)(yi)(yi)(yi)步的(de)(de)(de)(de)(de)(de)分離現象,還有(you)光(guang)(guang)環(huan)系統(tong)自(zi)從(cong)被發現以來二百年間整體(ti)(ti)尺度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)緩慢變(bian)化。因此,一(yi)(yi)(yi)(yi)些科學(xue)家們提出(chu)了(le)(le)一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)假(jia)(jia)說(shuo),來解釋土(tu)(tu)星(xing)光(guang)(guang)環(huan)在(zai)動力(li)學(xue)上的(de)(de)(de)(de)(de)(de)穩(wen)定性,這(zhe)個(ge)(ge)假(jia)(jia)說(shuo)是(shi)(shi):土(tu)(tu)星(xing)光(guang)(guang)環(huan)是(shi)(shi):由固(gu)(gu)體(ti)(ti)流體(ti)(ti)和(he)大量(liang)并非相互密(mi)集的(de)(de)(de)(de)(de)(de)物質(zhi)(zhi)構成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)。麥(mai)克斯(si)韋就根據(ju)這(zhe)一(yi)(yi)(yi)(yi)假(jia)(jia)說(shuo)進行了(le)(le)論(lun)(lun)述(shu)。他首(shou)先著手的(de)(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)拉(la)普拉(la)斯(si)留下的(de)(de)(de)(de)(de)(de)固(gu)(gu)體(ti)(ti)環(huan)理論(lun)(lun),并確定了(le)(le)一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)任意形狀環(huan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)穩(wen)定性條件。麥(mai)克斯(si)韋依據(ju)環(huan)在(zai)土(tu)(tu)星(xing)中(zhong)心造成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)勢(shi),列(lie)出(chu)了(le)(le)運動方(fang)程式,獲得(de)了(le)(le)對勻(yun)速運動的(de)(de)(de)(de)(de)(de)勢(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)(yi)(yi)階(jie)導(dao)數(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)兩個(ge)(ge)限(xian)制,然后由泰勒展(zhan)開式又得(de)到關(guan)(guan)于(yu)穩(wen)定運動二階(jie)導(dao)數(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)三(san)個(ge)(ge)條件。麥(mai)克斯(si)韋又把這(zhe)些結果(guo)換成關(guan)(guan)于(yu)質(zhi)(zhi)量(liang)分布的(de)(de)(de)(de)(de)(de)傅立(li)葉級數(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)前三(san)個(ge)(ge)系數(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)條件。因而他證明了(le)(le),除非有(you)一(yi)(yi)(yi)(yi)種奇(qi)妙(miao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)特殊情形,幾乎每(mei)個(ge)(ge)可以想象的(de)(de)(de)(de)(de)(de)環(huan)都是(shi)(shi)不(bu)穩(wen)定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)。這(zhe)種特殊的(de)(de)(de)(de)(de)(de)情形是(shi)(shi)指(zhi)一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)均勻(yun)環(huan)在(zai)一(yi)(yi)(yi)(yi)點(dian)上承載的(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)4.43倍到4.67倍之(zhi)間。但是(shi)(shi)這(zhe)種特殊情況的(de)(de)(de)(de)(de)(de)固(gu)(gu)體(ti)(ti)環(huan)在(zai)不(bu)均勻(yun)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)引力(li)下會瓦(wa)解掉,所以固(gu)(gu)體(ti)(ti)環(huan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)理論(lun)(lun)假(jia)(jia)說(shuo)是(shi)(shi)不(bu)能成立(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)。
麥克斯韋早(zao)在(zai)1849年在(zai)愛丁(ding)堡(bao)的(de)(de)福布斯實(shi)驗(yan)室就開始了色混(hun)合(he)實(shi)驗(yan)。在(zai)那(nei)個(ge)時(shi)候,愛丁(ding)堡(bao)有許多研究顏色的(de)(de)學者,除(chu)了福布斯、威爾遜(xun)和布儒斯特(te)外,還有一(yi)些對眼睛感興趣的(de)(de)醫(yi)生(sheng)(sheng)和科學家。實(shi)驗(yan)主(zhu)(zhu)要就是在(zai)于觀(guan)察(cha)一(yi)個(ge)快(kuai)速旋(xuan)轉圓盤上的(de)(de)幾(ji)個(ge)著色扇形所生(sheng)(sheng)成的(de)(de)顏色。麥克斯韋和福布斯首先做出的(de)(de)一(yi)個(ge)實(shi)驗(yan)是使紅、黃、藍組(zu)合(he)產生(sheng)(sheng)灰色。他們(men)的(de)(de)實(shi)驗(yan)失敗了,而其中的(de)(de)主(zhu)(zhu)要原因是:藍與(yu)黃混(hun)合(he)并不象常規那(nei)樣生(sheng)(sheng)成綠色,而是當兩者都(dou)不占優勢(shi)時(shi)產生(sheng)(sheng)一(yi)種淡紅色,這種組(zu)合(he)加上紅色不可能產生(sheng)(sheng)任何灰色。
時間 著作名稱 備(bei)注
1862年 《論物理的(de)(de)力(li)線(xian)(xian)》 把磁場中(zhong)的(de)(de)轉動這一(yi)假說(shuo)從尋(xun)常(chang)的(de)(de)物質推廣到以(yi)太。他(ta)考慮了深置(zhi)于不可壓縮流體(ti)中(zhong)渦(wo)(wo)旋(xuan)的(de)(de)排列。在(zai)(zai)正常(chang)情(qing)況下,壓強(qiang)(qiang)在(zai)(zai)各(ge)方向是(shi)相(xiang)(xiang)同(tong)的(de)(de),但轉動引起的(de)(de)離心力(li)使每一(yi)渦(wo)(wo)旋(xuan)發生縱向收(shou)縮并施加經(jing)向壓強(qiang)(qiang),這正模(mo)擬(ni)了法拉(la)第力(li)線(xian)(xian)學說(shuo)中(zhong)所提的(de)(de)應力(li)分布。由(you)于使每一(yi)渦(wo)(wo)旋(xuan)的(de)(de)角速(su)度同(tong)局部磁場強(qiang)(qiang)度成(cheng)正比,麥(mai)(mai)克(ke)斯韋(wei)得出(chu)了同(tong)已有的(de)(de)關于磁體(ti)、穩(wen)恒(heng)電流及抗磁體(ti)之間力(li)的(de)(de)理論完全(quan)相(xiang)(xiang)同(tong)的(de)(de)公式。根據流體(ti)的(de)(de)觀察(cha)實驗,麥(mai)(mai)克(ke)斯韋(wei)認(ren)為(wei)各(ge)渦(wo)(wo)旋(xuan)之所以(yi)能沿(yan)同(tong)一(yi)指向自由(you)轉動,是(shi)因為(wei)各(ge)渦(wo)(wo)旋(xuan)由(you)一(yi)層微小(xiao)的(de)(de)粒(li)子(zi)(zi)同(tong)與它相(xiang)(xiang)鄰的(de)(de)渦(wo)(wo)旋(xuan)格開(kai),這種粒(li)子(zi)(zi)與電完全(quan)相(xiang)(xiang)同(tong)。
1863年(nian) 《論電學量(liang)的(de)基本關(guan)系》 他推廣傅(fu)立葉在(zai)熱的(de)理論中開始(shi)的(de)程序,宣布了(le)(le)(le)同質量(liang)、長度(du)、時(shi)間度(du)有(you)關(guan)的(de)電學量(liang)和磁(ci)學量(liang)的(de)定義,以(yi)便于(yu)提供對(dui)那種(zhong)二元的(de)電學單位制的(de)第(di)一個最完整透徹(che)的(de)說明。他引入了(le)(le)(le)成為標準的(de)記號,把(ba)量(liang)綱(gang)關(guan)系表示為用括弧括起來的(de)質量(liang)、長度(du)、時(shi)間量(liang)度(du)的(de)冪(音(yin)mì)的(de)乘(cheng)(cheng)積(ji),帶有(you)各自的(de)無量(liang)綱(gang)的(de)乘(cheng)(cheng)數。在(zai)這一年(nian),麥克(ke)斯(si)韋(wei)已經找到了(le)(le)(le)在(zai)電磁(ci)量(liang)與光速(su)之(zhi)間的(de)一個純(chun)唯(wei)象性質的(de)環(huan)節。
1865年 《電(dian)磁場(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)動(dong)力(li)學(xue)理論》 為(wei)(wei)解決與光速之間的(de)(de)(de)(de)(de)純唯象問(wen)題(ti)提(ti)供了(le)一個(ge)新的(de)(de)(de)(de)(de)理論框架。它(ta)以實驗和(he)幾個(ge)普遍的(de)(de)(de)(de)(de)動(dong)力(li)學(xue)原理為(wei)(wei)根據,證明了(le)不需要(yao)任何有關分子渦旋或電(dian)粒子之間的(de)(de)(de)(de)(de)力(li)的(de)(de)(de)(de)(de)專門假設,電(dian)磁波(bo)(bo)在空間的(de)(de)(de)(de)(de)傳播(bo)就會發生。在這(zhe)篇(pian)論文(wen)中(zhong),麥克(ke)斯(si)韋完善了(le)他的(de)(de)(de)(de)(de)方程(cheng)式。他采用(yong)拉(la)格(ge)朗日和(he)哈(ha)密頓(dun)創立的(de)(de)(de)(de)(de)數學(xue)方法,由該方程(cheng)組(zu)直接導出了(le)電(dian)場(chang)和(he)磁場(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)波(bo)(bo)動(dong)方程(cheng),其波(bo)(bo)動(dong)的(de)(de)(de)(de)(de)傳播(bo)速度(du)為(wei)(wei)一個(ge)介電(dian)系數和(he)導磁系數的(de)(de)(de)(de)(de)幾何平均的(de)(de)(de)(de)(de)倒數,這(zhe)一速度(du)正當等于光速。這(zhe)一結果又再一次與麥克(ke)斯(si)韋推算結果完全一致。至此電(dian)磁波(bo)(bo)的(de)(de)(de)(de)(de)存在是確定(ding)(ding)無疑的(de)(de)(de)(de)(de)了(le)。由此,麥克(ke)斯(si)韋大膽(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)斷定(ding)(ding),光也是一種電(dian)磁波(bo)(bo)。法拉(la)第(di)當年關于光的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)磁論的(de)(de)(de)(de)(de)朦朧猜(cai)想,經過麥克(ke)斯(si)韋精心地計(ji)算而變成為(wei)(wei)科學(xue)的(de)(de)(de)(de)(de)推論。
1873年 《電磁(ci)學(xue)通(tong)論》 麥(mai)克斯(si)(si)韋(wei)比以前(qian)更(geng)為(wei)徹底(di)地(di)應用了(le)(le)拉格朗日的(de)(de)方程,推廣了(le)(le)動力(li)學(xue)的(de)(de)形式體系。麥(mai)克斯(si)(si)韋(wei)系統地(di)總(zong)結了(le)(le)人類在19世紀中(zhong)葉前(qian)后對電磁(ci)現象的(de)(de)探索研究軌跡(ji),其中(zhong)包括庫侖、安培、奧斯(si)(si)特、法拉第等(deng)人的(de)(de)不(bu)可磨滅的(de)(de)功績(ji),更(geng)為(wei)細致、系統地(di)概括了(le)(le)他本人的(de)(de)創造(zao)性努力(li)的(de)(de)結果和成就,從而建(jian)立起(qi)完整的(de)(de)電磁(ci)學(xue)理(li)論。
1931年,愛因斯坦在(zai)麥克斯韋(wei)百年誕辰的紀(ji)念會(hui)上,評(ping)價其建樹“是(shi)牛頓以來(lai),物理學最深刻和最富有成果的工作。
麥克(ke)(ke)斯韋在電磁(ci)學上取(qu)得的(de)的(de)成就(jiu)被(bei)譽為繼艾薩(sa)(sa)克(ke)(ke)·牛頓之后,“物理(li)學的(de)第二次大統(tong)一”。麥克(ke)(ke)斯韋被(bei)普(pu)遍(bian)認為是對二十世紀最有影響力的(de)十九世紀物理(li)學家。他對基礎自然(ran)科學的(de)貢(gong)獻僅(jin)次于艾薩(sa)(sa)克(ke)(ke)·牛頓。
科學史上,稱牛頓(dun)(dun)把天上和地上的運動規律統一(yi)起(qi)來,是(shi)實現第一(yi)次大綜(zong)合,麥克(ke)斯韋把電(dian)、光統一(yi)起(qi)來,是(shi)實現第二(er)次大綜(zong)合,因此應與牛頓(dun)(dun)齊名。
《電(dian)磁(ci)學(xue)(xue)通(tong)論(lun)(lun)》是一部經典(dian)的(de)電(dian)磁(ci)理(li)論(lun)(lun)著作,可與牛(niu)頓的(de)《數學(xue)(xue)原(yuan)理(li)》(力(li)學(xue)(xue))、達爾(er)文的(de)《物種起源(yuan)》(生物學(xue)(xue))相(xiang)提并論(lun)(lun)。從安培、奧斯特,經法拉第、湯姆遜最后到麥(mai)(mai)克斯韋,通(tong)過幾(ji)代(dai)人(ren)的(de)不懈努力(li),電(dian)磁(ci)理(li)論(lun)(lun)的(de)宏偉大(da)廈,終于建立起來。這本(ben)書的(de)出版(ban)(ban),理(li)所當然地(di)成了物理(li)學(xue)(xue)界的(de)一件(jian)大(da)事,當時麥(mai)(mai)克斯韋只(zhi)有(you)42歲,已(yi)(yi)經回到劍橋任實驗(yan)物理(li)學(xue)(xue)的(de)教授。人(ren)們早已(yi)(yi)通(tong)過他(ta)以前的(de)幾(ji)篇卓有(you)見地(di)的(de)論(lun)(lun)文而熟(shu)識了他(ta),他(ta)的(de)朋友和學(xue)(xue)生以及(ji)科學(xue)(xue)界的(de)人(ren)士對他(ta)的(de)這本(ben)書更是期待已(yi)(yi)久(jiu),爭相(xiang)到各地(di)書店去購買,以求先睹為快,所以書的(de)第一版(ban)(ban)很快就(jiu)被搶購一空(kong)。
2016年6月17日,NASA對外宣布,他們(men)正在測試(shi)一款機(ji)翼獨特(te)的(de)混(hun)合動力小型飛機(ji),帶有14個電(dian)動馬(ma)達。NASA將(jiang)其命名為(wei)X-57,也稱為(wei)“麥(mai)(mai)克(ke)斯(si)韋”(Maxwell)。Maxwell的(de)名稱來自19世紀(ji)蘇格蘭物理(li)學家詹姆(mu)斯(si)·克(ke)拉克(ke)·麥(mai)(mai)克(ke)斯(si)韋(Jams Clerk Maxwell)。