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5、電磁理論的奠基人
麥克斯韋
（1831～1879）
[傳略]詹姆斯・克拉克・麥克斯韋，英國物理學家，經典電磁理論的奠基人。1831年出生在英國蘇格蘭古都愛丁堡的一個律師家庭。受其父的影響，麥克斯韋從小就出入科學界，這使他受到很多有益的影響。1847年，年僅16歲的麥克斯韋考入蘇格蘭最高學府――愛丁堡大學，專門攻讀數學和物理；3年後，麥克斯韋離開了愛丁堡到著名的劍橋大學繼續深造。在那裏，在著名的數學家霍普金斯的指導下，他取得了不菲的成績。1854年，麥克斯韋參加了數學學位考試，出色地推證了斯托克斯所發現的一個涉及曲麵積分和線積分的定理，這個定理的推證，對麥克斯韋後來研究電磁學大有幫助。
1855年，麥克斯韋發表了他的第一篇關於電磁學的論文《論法拉第的力線》，這是他建立電磁學理論的重要一步。
從1861年到1864年，麥克斯韋先後發表了《論物理力線》及《電磁場的力學理論》這兩篇關於電磁學方麵的論文。在後一篇論文當中，麥克斯韋用精湛的數學方法，進一步完善了麥克斯韋方程組。麥克斯韋通過他關於電磁學的3篇論文，完成了他關於電磁學理論的科學體係。
1871年，麥克斯韋被任命為劍橋大學的實驗物理學教授。在成為劍橋大學教授期間，麥克斯韋出版了《熱的理論》，確立了麥克斯韋――玻耳茲曼速度分配定律。
1879年11月，年僅48歲的麥克斯韋因患病而與世長辭。麥克斯韋為科學尤其是電磁學做出了巨大的貢獻，他的主要著作有《電學和磁學論》《熱的理論》《物質與運動》《電研究》等。
[影響]麥克斯韋很重視數學的研究與應用。1846年，他在英國的權威刊物《愛丁堡皇家學會學報》上發表了關於二次曲線幾何作圖的學術論文，而當時的麥克斯韋不滿15歲，這充分顯示了他具備的數學天賦。在劍橋大學工作期間，他接觸到英國科學家法拉第的《電學實驗研究》，這本書的深刻意義使麥克斯韋受到很大的啟發，他既看到了法拉第思想的重要價值，也洞察到法拉第定性表述的弱點，他開始用自己的數學才華來彌補這一點。這就是麥克斯韋的第一篇關於電磁學的論文――《論法拉第的力線》。在這篇論文當中，麥克斯韋運用數學方法，並且選用了法拉第學說的精髓――力線思想作為自己研究的起點。這篇論文雖然基本上是對法拉第力線概念的數學“翻譯”，然而它卻是麥克斯韋對電磁學研究所邁出的第一步，也正是這一研究使他成為一位不朽的科學偉人。在法拉第發現電磁感應的那一年，麥克斯韋才剛剛誕生，然而28年以後，兩位科學偉人卻在電磁理論方麵成為莫逆好友，為建立電磁理論共同邁進。不久，麥克斯韋發表了他關於電磁理論的劃時代論文：《論物理力線》。與自己的第一篇電磁學論文《論法拉第的力線》相比，它有了質的飛躍，不再是法拉第觀點的單純數學翻譯，而是對法拉第觀點的重大延伸和發展。在此以前，包括法拉第在內的許多科學家認為，產生磁場的電流總是傳導電流，也就是在導體中自由電子運動所形成的電流。而麥克斯韋在研究中發現，在連接交變電流的電容器內，電介質裏並不存在自由電荷，即沒有傳導電流，但磁場卻同樣存在，因此，他在論文中指出，這種磁場是由另一種類型的電流形成的，這種電流在任何電場變化著的電介質中都存在，它和傳導電流一起形成了閉合的總電流。麥克斯韋通過嚴密的數學推導，求出了表示這種電流的方程式。麥克斯韋最先把這種電流稱為“位移電流”，這是實現電磁理論質的飛躍的具有決定意義的一步。
從理論上引出位移電流的概念，這在電磁學上是對法拉第發現電磁感應後的一項重大突破，根據這一發現，麥克斯韋進而推導出兩組高度抽象的微分方程式，即著名的麥克斯韋方程式，從兩個方麵對法拉第的理論進行了發展與完善：一是位移電流，它表明不僅變化著的磁場產生電場，而且變化著的電場也產生磁場；二是方程式不但圓滿地解釋了電磁感應現象，而且從理論上進行了科學的總結。
既然交變的電場會產生交變的磁場，交變的磁場也會產生交變的電場，那麽這種交變的電磁場就會用波的形式向空間散布開去。根據磁場與電場的這種交互關係，麥克斯韋在他的這篇論文中以他的科學預見力，預言了電磁波的存在。
關於電磁波的預見，在科學界是一個偉大的發現。為了證實這個預見的正確性，麥克斯韋又經過3年的電磁學研究，於1865年發表了他關於電磁學的第三篇論文《電磁場的力學理論》。在這篇論文中，麥克斯韋運用其高超精湛的數學方法，進一步完善了他的麥克斯韋方程組，涵蓋了庫侖定律、高斯定律、歐姆定律、安培定律、畢――沙定律以及法拉第的電磁感應定律，直接推導出了電場和磁場的波動方程，從而證實了電磁波的存在。在這篇論文當中，麥克斯韋還證明，光也是一種電磁波，是電磁介質中的橫向波動，這就是光的電磁波。法拉第關於光的電磁理論的設想，根據麥克斯韋的方程式予以了肯定。
法拉第在不惑之年所提出的關於電磁理論的設想，經過麥克斯韋運用完善的數學形式和創造性的研究工作，終於使它成為科學的理論，電磁學的理論也由此形成。麥克斯韋的電磁場理論，在物理學上具有劃時代的偉大意義，直接導致了科學技術史的一次重大突破，揭開了人類從此向電氣化進軍的序幕；同時，也促進了近代物理學的誕生和發展，為後來研究X射線和紫外線等科學現象作了準備。
麥克斯韋對電磁理論的貢獻，還在於他創立了舉世聞名的“麥克斯韋張力”理論。他認為，沿著力線則為張力，而在力線與力之間則為壓力，從這一現象出發，麥克斯韋引出了光的壓力理論。測驗光的強度的輻射計就是應用了光的壓力原理。這一理論對後來赫茲發現電磁波以及電磁波在實際中的運用都起了重要的指導作用。
麥克斯韋的一生是偉大的，他為物理學的發展做出了卓越的貢獻。除了建立了電磁場理論外，還利用數學的統計方法研究了氣體分子的運動規律，建立了氣體分子速度分布的方程式，即能預測氣體中某種速度的分子數目的麥克斯韋分布率。此外，麥克斯韋推導出了“關於粘彈性的麥克斯韋方程”，設定了“關於分子溶液的流動雙折射的麥克斯韋常數”，在圖表靜力學原理、土星環的穩定性與運動、分子物理學及液體性質等方麵，麥克斯韋也都取得了顯著的成就。
麥克斯韋的研究是多方麵的，除了在物理學方麵他取得了驕人的成績外，他還研究並進一步發展了哈密頓關於矢量分析和符號微分算符的理論，從而使矢量分析成為數學中的一門獨立學科。
麥克斯韋活躍在為英國帶來空前繁榮的維多利亞女王時代，在這個科技之花開遍英國和歐洲大陸的時代，麥克斯韋為世界科學，尤其是為物理學中電磁學的發展奠定了基礎，拓寬了道路，指明了方向，從而成為物理學中的偉人。
[餘論]麥克斯韋對物理學的貢獻是巨大的，他是19世紀物理學上的一座豐碑，是牛頓以後最偉大的物理學家，並且與牛頓、愛因斯坦一起被譽為世界三大物理學家，他和他的電磁理論將永駐曆史！
（劉合波）
（1831～1879）
[傳略]詹姆斯・克拉克・麥克斯韋，英國物理學家，經典電磁理論的奠基人。1831年出生在英國蘇格蘭古都愛丁堡的一個律師家庭。受其父的影響，麥克斯韋從小就出入科學界，這使他受到很多有益的影響。1847年，年僅16歲的麥克斯韋考入蘇格蘭最高學府――愛丁堡大學，專門攻讀數學和物理；3年後，麥克斯韋離開了愛丁堡到著名的劍橋大學繼續深造。在那裏，在著名的數學家霍普金斯的指導下，他取得了不菲的成績。1854年，麥克斯韋參加了數學學位考試，出色地推證了斯托克斯所發現的一個涉及曲麵積分和線積分的定理，這個定理的推證，對麥克斯韋後來研究電磁學大有幫助。
1855年，麥克斯韋發表了他的第一篇關於電磁學的論文《論法拉第的力線》，這是他建立電磁學理論的重要一步。
從1861年到1864年，麥克斯韋先後發表了《論物理力線》及《電磁場的力學理論》這兩篇關於電磁學方麵的論文。在後一篇論文當中，麥克斯韋用精湛的數學方法，進一步完善了麥克斯韋方程組。麥克斯韋通過他關於電磁學的3篇論文，完成了他關於電磁學理論的科學體係。
1871年，麥克斯韋被任命為劍橋大學的實驗物理學教授。在成為劍橋大學教授期間，麥克斯韋出版了《熱的理論》，確立了麥克斯韋――玻耳茲曼速度分配定律。
1879年11月，年僅48歲的麥克斯韋因患病而與世長辭。麥克斯韋為科學尤其是電磁學做出了巨大的貢獻，他的主要著作有《電學和磁學論》《熱的理論》《物質與運動》《電研究》等。
[影響]麥克斯韋很重視數學的研究與應用。1846年，他在英國的權威刊物《愛丁堡皇家學會學報》上發表了關於二次曲線幾何作圖的學術論文，而當時的麥克斯韋不滿15歲，這充分顯示了他具備的數學天賦。在劍橋大學工作期間，他接觸到英國科學家法拉第的《電學實驗研究》，這本書的深刻意義使麥克斯韋受到很大的啟發，他既看到了法拉第思想的重要價值，也洞察到法拉第定性表述的弱點，他開始用自己的數學才華來彌補這一點。這就是麥克斯韋的第一篇關於電磁學的論文――《論法拉第的力線》。在這篇論文當中，麥克斯韋運用數學方法，並且選用了法拉第學說的精髓――力線思想作為自己研究的起點。這篇論文雖然基本上是對法拉第力線概念的數學“翻譯”，然而它卻是麥克斯韋對電磁學研究所邁出的第一步，也正是這一研究使他成為一位不朽的科學偉人。在法拉第發現電磁感應的那一年，麥克斯韋才剛剛誕生，然而28年以後，兩位科學偉人卻在電磁理論方麵成為莫逆好友，為建立電磁理論共同邁進。不久，麥克斯韋發表了他關於電磁理論的劃時代論文：《論物理力線》。與自己的第一篇電磁學論文《論法拉第的力線》相比，它有了質的飛躍，不再是法拉第觀點的單純數學翻譯，而是對法拉第觀點的重大延伸和發展。在此以前，包括法拉第在內的許多科學家認為，產生磁場的電流總是傳導電流，也就是在導體中自由電子運動所形成的電流。而麥克斯韋在研究中發現，在連接交變電流的電容器內，電介質裏並不存在自由電荷，即沒有傳導電流，但磁場卻同樣存在，因此，他在論文中指出，這種磁場是由另一種類型的電流形成的，這種電流在任何電場變化著的電介質中都存在，它和傳導電流一起形成了閉合的總電流。麥克斯韋通過嚴密的數學推導，求出了表示這種電流的方程式。麥克斯韋最先把這種電流稱為“位移電流”，這是實現電磁理論質的飛躍的具有決定意義的一步。
從理論上引出位移電流的概念，這在電磁學上是對法拉第發現電磁感應後的一項重大突破，根據這一發現，麥克斯韋進而推導出兩組高度抽象的微分方程式，即著名的麥克斯韋方程式，從兩個方麵對法拉第的理論進行了發展與完善：一是位移電流，它表明不僅變化著的磁場產生電場，而且變化著的電場也產生磁場；二是方程式不但圓滿地解釋了電磁感應現象，而且從理論上進行了科學的總結。
既然交變的電場會產生交變的磁場，交變的磁場也會產生交變的電場，那麽這種交變的電磁場就會用波的形式向空間散布開去。根據磁場與電場的這種交互關係，麥克斯韋在他的這篇論文中以他的科學預見力，預言了電磁波的存在。
關於電磁波的預見，在科學界是一個偉大的發現。為了證實這個預見的正確性，麥克斯韋又經過3年的電磁學研究，於1865年發表了他關於電磁學的第三篇論文《電磁場的力學理論》。在這篇論文中，麥克斯韋運用其高超精湛的數學方法，進一步完善了他的麥克斯韋方程組，涵蓋了庫侖定律、高斯定律、歐姆定律、安培定律、畢――沙定律以及法拉第的電磁感應定律，直接推導出了電場和磁場的波動方程，從而證實了電磁波的存在。在這篇論文當中，麥克斯韋還證明，光也是一種電磁波，是電磁介質中的橫向波動，這就是光的電磁波。法拉第關於光的電磁理論的設想，根據麥克斯韋的方程式予以了肯定。
法拉第在不惑之年所提出的關於電磁理論的設想，經過麥克斯韋運用完善的數學形式和創造性的研究工作，終於使它成為科學的理論，電磁學的理論也由此形成。麥克斯韋的電磁場理論，在物理學上具有劃時代的偉大意義，直接導致了科學技術史的一次重大突破，揭開了人類從此向電氣化進軍的序幕；同時，也促進了近代物理學的誕生和發展，為後來研究X射線和紫外線等科學現象作了準備。
麥克斯韋對電磁理論的貢獻，還在於他創立了舉世聞名的“麥克斯韋張力”理論。他認為，沿著力線則為張力，而在力線與力之間則為壓力，從這一現象出發，麥克斯韋引出了光的壓力理論。測驗光的強度的輻射計就是應用了光的壓力原理。這一理論對後來赫茲發現電磁波以及電磁波在實際中的運用都起了重要的指導作用。
麥克斯韋的一生是偉大的，他為物理學的發展做出了卓越的貢獻。除了建立了電磁場理論外，還利用數學的統計方法研究了氣體分子的運動規律，建立了氣體分子速度分布的方程式，即能預測氣體中某種速度的分子數目的麥克斯韋分布率。此外，麥克斯韋推導出了“關於粘彈性的麥克斯韋方程”，設定了“關於分子溶液的流動雙折射的麥克斯韋常數”，在圖表靜力學原理、土星環的穩定性與運動、分子物理學及液體性質等方麵，麥克斯韋也都取得了顯著的成就。
麥克斯韋的研究是多方麵的，除了在物理學方麵他取得了驕人的成績外，他還研究並進一步發展了哈密頓關於矢量分析和符號微分算符的理論，從而使矢量分析成為數學中的一門獨立學科。
麥克斯韋活躍在為英國帶來空前繁榮的維多利亞女王時代，在這個科技之花開遍英國和歐洲大陸的時代，麥克斯韋為世界科學，尤其是為物理學中電磁學的發展奠定了基礎，拓寬了道路，指明了方向，從而成為物理學中的偉人。
[餘論]麥克斯韋對物理學的貢獻是巨大的，他是19世紀物理學上的一座豐碑，是牛頓以後最偉大的物理學家，並且與牛頓、愛因斯坦一起被譽為世界三大物理學家，他和他的電磁理論將永駐曆史！
（劉合波）
