物理学中一贯正确的人：麦克斯韦

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1、From奇迹笔记：从落体到无线电波经典物理学家和他们的发现物理学中一贯正确的人：麦克斯韦（一）如果说法拉第是十九世纪最伟大的实验物理学家，那末麦克斯韦就是最伟大的理论物理学家。他是现代电学理论的奠基人，是热力学和统计力学的创建者之一。现在我就来谈一谈他，但必须记住，他在热学方面也是杰出的。威廉·汤姆孙，即后来的开耳芬勋爵，是十九世纪最优秀的物理学家之一，他也具有这种双重作用。但是时间却突出了麦克斯韦，或许使开耳芬有些逊色。后面介绍他在热学方面可能是最有独创性的工作时，我将谈到他。麦克斯韦于183

2、1年生于爱丁堡，正是发现电磁感应现象的那一年，但他却是在格拉斯哥以南约六十英里的格伦莱尔地方，他父亲建造的一所农村小屋里长大的。麦克斯韦上代是著名的苏格兰望族，他们的门第中出过好些知识分子。他们有自己的土地，经济上很舒适。麦克斯韦的父亲在邓弗里斯郡继承了一个小庄园，这时开始改姓“麦克斯韦”。在麦克斯韦青年时代，格伦莱尔还是很偏僻的地方，流行着一种创业的气氛，这激发了麦克斯韦的父亲去从事技术性的而且常常是奇怪的工作。麦克斯韦的母亲姓凯，也是爱丁堡人，在麦克斯韦八岁时死于胃癌。根据麦克斯韦兄弟和朋友

3、们的记忆，他是一个充满好奇心的孩子，经常问“那会成为什么？”，而且对别人的回答总是不容易满足。因为他是在农村长大的，同伴都是农民的孩子，所以他带有浓重的苏格兰口音，在一生中都保持不变。他母亲去世后，父子之间的关系变得日益密切，他经常在庄园里陪伴他父亲。以后的许多信件证明了他们之间存在着深信和挚爱。麦克斯韦十岁时，被送入爱丁堡学校学习。在开始阶段，由于他的口音和他父亲替他设计的奇异服装，在学校里曾经历了一段艰苦时间。他初入校时颇为孤僻，得到一个绰号“笨伯”。他沉浸于自己的思想，不爱好交际，虽然他有

4、着深沉的幽默感。在学习中期，他的各科成绩都非常优秀，包括写英文诗。他一生都爱好写诗。麦克斯韦十五岁时，他寄给爱丁堡皇家学会一篇关于用几何方法画卵形线的文章，不久就发表了。它虽不是一篇重要的论文，但对这位少年作者来说却也是值得注意的成绩。1847年麦克斯韦进入爱丁堡大学学习。（必须记住，那时苏格兰各大学一般只招收少年学生，实际上它们更接近于高级中学，而不是真正的大学。）麦克斯韦学习数学、哲学和物理学。物理教授允许他自由进入实验室，麦克斯韦爱好拨弄各种仪器，而且他双手非常灵巧，他在实验室里做了他的第

5、一批实验。1850年迁到了剑桥彼得学院，这是苏格兰学生爱好的一个学院。威廉·汤姆孙当时已是这个学院的教授，泰特（1831-1901）这位著名的苏格兰三一学院的另一成员，当时也是一名学生，只是班次比麦克斯韦高。麦克斯韦进入剑桥大学时已精通英国文学，他自己还是一名有才能的诗人。他的数学和物理知识也非常渊博，但他的学习缺乏条理性。麦克斯韦进入剑桥大学的头几年，他没有什么突出的表现。他不得不开始进行系统学习，尽管他已经写出了一篇有关弹性的重要论文和其他一些不大重要的文章。他的导师霍普金斯注意到他对几何学

6、的强烈爱好和使用综合方法解决数学问题的能力。“他思考任何物理问题似乎都不可能出错，但在分析方面看来还很不足，”这是霍普金斯对他的评价。他的一些同时代人曾谈到他的敏捷的但有时又是混乱的谈吐。看来他的思想确比别人敏锐，但这些人仍然喜欢听他谈论任何问题。他还被先进了十二名优秀学生的尖子小组，他们都一致认为自己是大学里最优秀的分子。他听了著名数学物理学家斯托克斯（1819-1903）的课，他在这里又遇到了汤姆孙。至少从1850年起，他就认识了这位苏格兰人，当时麦克斯韦参加了爱丁堡的英国科学协会会议。威廉

7、·汤姆孙的数学家父亲詹姆斯·汤姆孙教授也出度了会议。而且麦克斯韦的父亲为了选择剑桥大学的学院，还征求过老汤姆孙的意见，因此两家相交甚深。麦克斯韦参加了1854年的荣誉考试竞赛，这种竞赛是著名的书面数学竞赛，对任何一位剑桥大学生的未来前途都是非常重要的。获得第一名的是劳思（1831-1907），他是剑桥大学未来著名的辅导教师和颇有点名气的富有创见的数学家；麦克斯韦是第二名，和几年前的威廉·汤姆孙一样。在接着举办的史密斯奖竞赛中，麦克斯韦得第一名，与劳思同等。这次竞赛的一个问题是证明著名的斯托克斯定

8、理，它在麦克斯韦的电磁理论中起着非常重要的作用。三一学院院长休厄尔牧师（法拉第在确定电解名词时也向他请教过）是主考官之一。这些人都认为麦克斯韦是优秀的数学家，但他的答案有些缺乏条理性。麦克斯韦一旦从紧张的荣誉考试竞赛中解放出来，就开始认真地研究他所爱好的两个课题——颜色理论和电学。同时，他力图取得三一学院的研究员资格，因为这将解决他的许多实际问题。在论述麦克斯韦的工作时，我们必须注意他研究问题的方法。他总是思考一个问题，记下一些思考结果，然后转到另一问题，可能为此研究很长一段时间，几年以后他又重