環球科學朝聖

第四節 麥克斯韋超越時代的偉大與不幸

　　卡文迪什實驗室在籌建期間，劍橋人最關心的就是由誰來擔任它的第一任教授。當時有許多熱門人選，但最終宣布的人選卻令很多人大失所望，因為新教授是當時還鮮為人知的麥克斯韋。

　　麥克斯韋是電磁學的奠基人，而在他接受任命的時候，他那部跨時代的電磁學著作《電學與磁學論》還沒有出版，人們對他缺乏了解。但事實證明，當年劍橋大學的選擇是極其正確的，正是麥克斯韋用他的激情與智慧，為卡文迪什實驗室的百年輝煌打下了堅實的基礎。

　　麥克斯韋出生在蘇格蘭古都愛丁堡。他的父親是個熱衷於建築設計的工程師。有一次，他在桌上擺了一瓶花，教兒子寫生。過了一會兒，小麥克斯韋把他的“作品”交了上來。父親接過來一看，不由得吃了一驚，隻見紙上畫滿了幾何圖形，大大小小的圓圈是花朵，長長短短的三角形是葉子，那個大大的梯型是花瓶。父親斷定兒子是個數學天才，就開始教他學習幾何、代數。

　　麥克斯韋的確是個天才。他還沒滿15歲，就寫出了一篇數學論文，發表在《愛丁堡皇家學會學報》上。這篇論文討論的是二次曲線的幾何作圖。據說這個問題當時隻有大數學家笛卡兒研究過，而麥克斯韋的方法要比笛卡兒的方法還要簡便。1846年4月，這篇論文將拿到蘇格蘭皇家學會上宣讀。通常宣讀論文的都是作者本人，但主辦者考慮到麥克斯韋的年齡太小了，才由一位教授代為宣讀。

　　1847年秋天，麥克斯韋考進了蘇格蘭最高學府愛丁堡大學，專門攻讀數學和物理學。他是班上年紀最小的學生，座位在最前排，但考試成績總是名列前茅，而且還能發現老師在講課中出現的錯誤。有一次，一位講師正在講課，麥克斯韋忽然舉起手來，說講師講的公式有錯誤。那個講師很自信，反過來挖苦他說：“如果你是對了，那我就把它叫做麥氏公式！”事後，那位講師做了驗算，果然是自己講錯了。為了進一步深造，在征得了父親的同意後，麥克斯韋於1850年離開了愛丁堡大學，轉到了人才輩出的劍橋大學學習。

　　麥克斯韋進入劍橋大學的第二年，就獲得了獎學金。當時的大學生大多數都是自費，獲得獎學金的總是那些最勤奮的學生。盡管麥克斯韋是個奇才，在學習方法上卻有問題。他讀書如饑似渴，卻不講究係統性，碰到什麽就讀什麽，漫無邊際，像一個性急的獵手。

　　幸運的是，有個偶然的機會，麥克斯韋遇上了劍橋大學著名的數學家霍普金斯。有一天，霍普金斯到圖書館借書，他要的一本數學專著恰巧被人借去了。

　　這本專著一般人是讀不懂的，霍普金斯教授有些詫異，便向管理員詢問借書人的名字，管理員就把麥克斯韋這個名字告訴了他。

　　霍普金斯在圖書館裏找到了麥克斯韋，看見他正在埋頭做摘抄，筆記上塗得亂七八糟。霍普金斯半認真半開玩笑地對他說：“小夥子，如果沒有秩序，你永遠成不了優秀的數學物理學家！”從這以後，麥克斯韋成了霍普金斯的研究生。在霍普金斯的指導下，麥克斯韋不僅在運用數學方法解決物理問題方麵突飛猛進，學習方法也有了很大改進。

　　麥克斯韋以數學優等第二名的成績畢業後，就留在劍橋大學工作。當時，很多理論物理學家都不承認法拉第的學說，這主要是因為法拉第的數學功夫不夠，他的很多創見都是用直觀形式表達出來的。麥克斯韋畢業後的第二年就發表了《論法拉第的力線》，這表明他接過了法拉第點燃的火炬，開始向電磁領域的縱深挺進。就在這時候，他接到一封家信。

　　這是他年老體弱的父親請別人代寫的。麥克斯韋讀過信後，得知父親健康狀況惡化，突然病倒在床，心裏十分難過。

　　為了能就近照顧父親，麥克斯韋離開了劍橋大學，來到離家不遠的馬銳斯凱爾學院任教。麥克斯韋平時就養成了語速極快的說話習慣，說起話來好像機關槍掃射一般。他第一次登台講課，還是改不了這個習慣，一節課的內容半節課就講完了。他見學生們沒有聽懂，就再講一遍，可是學生們的思維還是跟不上他的舌頭。

　　學生們的不滿很快就被轉達給了麥克斯韋，他決心改掉自己的毛病。於是，每天一大早，他就夾著講義，獨自來到校園的小花園裏，對著一棵高大的刺玫瑰練習講演。

　　經過一段時間的努力，麥克斯韋的語速變慢了，再也沒有學生反映聽不懂他講課了。

　　轉眼間四個年頭過去了，馬銳斯凱爾學院與其他學院合並了，麥克斯韋主持的講座也被取消了。28歲的麥克斯韋離開阿伯丁，到倫敦國王學院任教。

　　麥克斯韋來到倫敦後，特地前去拜訪法拉第。這一年法拉第已是70歲高齡，麥克斯韋比他年輕40歲。他同麥克斯韋一見如故，親切地交談起來。當談到麥克斯韋寫的那篇論文時，法拉第高興地說：“當我知道你把數學用到了這裏來，我幾乎嚇壞了。但我驚訝地看到，你處理得很好啊！”

　　“先生能給我指出論文的缺點嗎？”麥克斯韋靦腆地說。

　　“這是一篇出色的文章，”法拉第想了想又說，“可是你不應當停留在用數學來解釋我的觀點，而應該突破它。”

　　法拉第的話像一盞明燈，照亮了麥克斯韋去攀登經典電磁理論的頂峰。1862年，麥克斯韋發表了他的第二篇電磁學論文《論物理學的力線》。

　　在這篇論文中，麥克斯韋引進了“位移電流”的概念。根據這個科學假設，麥克斯韋推導出了兩個高度抽象的微分方程式，這就是著名的麥克斯韋方程式。這組方程式從兩方麵發展了法拉第的成就：一是不但變化著的磁場能產生電場，變化著的電場也能產生磁場；二是完滿地解釋了電磁感應現象，凡是有磁場變化的地方，它的周圍不管是導體還是電介質，都有感應電場存在。經過麥克斯韋創造性的總結，電磁現象的規律終於被他用不可動搖的數學形式揭示了出來。電磁學到這時才開始成為一種科學的理論。

　　1865年，麥克斯韋發表了第三篇電磁學論文《電磁場動力學》。在這篇論文中，他大膽地斷定，光也是一種電磁波。法拉第關於光的電磁理論的朦朧猜想，由麥克斯韋變成了科學的理論。

　　1873年，麥克斯韋的電磁理論的經典著作《電磁學通論》問世。電磁理論的宏偉大廈，經過幾代人的努力，終於巍然矗立起來了。麥克斯韋的朋友、同行和學生對這部著作期待已久，將它的第一版一搶而空，但真正能讀懂的人卻寥寥無幾。

　　麥克斯韋晚年的生活充滿了煩惱，妻子久病不愈牽扯了他的大量精力，他的學說無人理解，更讓他感到心焦，但他仍然堅持不懈地宣傳電磁理論。麥克斯韋每學期都要主講一門課，內容是電磁學或者熱力學。他本來就不善於講演，再加上電磁理論深奧難懂，他的聽眾越來越少。到了1879年春天，他的講座隻剩下兩個聽眾。一個是美國來的研究生，另一個就是後來發明了電子管的物理學家弗萊明。

　　麵對著空蕩蕩的教室，麥克斯韋側過身來向那兩名學生問道：“你們為什麽不走呢？”弗萊明恭敬地站起來，回答道：“先生的理論我能聽懂，太完美了！”麥克斯韋笑了笑，翻開講義，像往常一樣一絲不苟地開始講課……1879年11月5日，麥克斯韋患癌症去世，終年49歲。這位科學巨匠活著的時候並沒有得到應有的重視，更沒有獲得應有的榮譽，直到他死後許多年，赫茲證明了電磁波存在，人們才公認他為“牛頓以後世界上最偉大的數學物理學家”。

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　　麥克斯韋的默默貢獻

　　卡文迪什去世後，他的侄子齊治把卡文迪什遺留下的20捆實驗筆記完好地放進了書櫥裏，誰知這一放就是70年。直到1871年，麥克斯韋才見到了這些凝結了一代科學大師畢生智慧和心血的筆記。麥克斯韋仔細閱讀了這些手稿後，不禁大驚失色，連聲感歎道：“卡文迪什也許是有史以來最偉大的實驗物理學家，他幾乎預料到電學上的所有偉大事實。”

　　於是，麥克斯韋決定暫且中止自己的一些研究課題，全心全意地整理這些手稿。卡文迪什的偉大思想因此得以流傳下來，也成就了科學史上的一段佳話。

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　　麥克斯韋的愛好

　　麥克斯韋從中學時代起喜歡玩陀螺。這種陀螺與中國兒童玩的那種陀螺很相似，玩的時候要用繩子不斷地抽打，陀螺就會不停地在地上旋轉。麥克斯韋一生都愛玩陀螺，還教他的許多朋友玩過。他的另一個愛好是玩一種叫活動畫筒的玩具。從麥克斯韋的愛好看，他似乎有些孩子氣。其實，麥克斯韋玩玩具並不單純是為了娛樂，而是為了探索科學道理。這兩種玩具的原理，後來都被他應用到科學上去了。