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他既牛顿之后实现了物理学第二次大统一,没有他,就没有现代文明

1831年,这是一个人类历史上都值得永远铭记的时刻,法拉第在这一年发现了电磁感应理论,这个理论标志着一场重大的工业和技术革命的到来,人类由蒸汽时代正式向电气化时代迈进,历史似乎早已冥冥之中注定,在这一年,另外一个带领大家走出电气化时代走向现代文明的人降生了!他的名字叫做麦克斯韦。

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1831年6月13日,在英格兰的一座海滨小城爱丁堡,一个小男孩呱呱坠地,这个小男孩的降生给家里带来了无限的喜悦,他的父亲约翰先生给这个孩子取名叫麦克斯韦,约翰先生是苏格兰的名门望族,是一位学者,从事律师工作,他的母亲弗朗西斯凯也是著名的大家闺秀。

约翰先生虽然从事律师工作,可是对科学研究却情有独钟,他经常把自己的知识运用到自己的日常生活,大到房屋修建小到孩子的玩具,他都要自己亲自动手。喜欢科学研究的约翰先生还是爱丁堡皇家学会的会员,约翰先生的求索精神也影响到了自己的孩子麦克斯韦。

麦克斯韦自小就对任何事物好奇,有一天,麦克斯韦的姨妈给他带来一篮苹果。这个对什么事情都充满疑问的小家伙缠住她问:“苹果为什么是红的?”姨妈被这个突然的问题难住了,一时不知道怎样回答才好。为了摆脱窘境,她就叫麦克斯韦去吹肥皂泡玩,谁知道个主意更糟了。肥皂泡在阳光下呈现出美丽的五颜六色,结果麦克斯韦向姨妈提出了更多的关于颜色的问题。

约翰先生看见了,对儿子的求索精神非常高兴,就带他去听爱丁堡皇家学会的科学讲座!约翰先生是皇家学会的活跃分子,儿子跟随他经常出入科学界,受到不少熏陶。

然而好景不长,麦克斯韦的母亲染上了肺结核,在他八岁的时候的离他而去。让麦克斯韦的个性变得相当孤僻,再加上麦克斯韦喜欢探索研究,自顾自思考的个性,同学都慢慢远离他。

童年时期的麦克斯韦,可以说父亲是他唯一的依靠和精神寄托!

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经常出入爱丁堡皇家学会的麦克斯韦自小就对科学有了不少的认识,1846年,不满15岁的麦克斯韦在《爱丁堡皇家学会学报》上发表了自己生平的第一篇数学论文。

这次的经历给予了麦克斯韦非常大的鼓舞,16岁的他就因为聪明好学,从中学毕业来到了爱丁堡大学。开启了自己光辉的传奇人生。

麦克斯韦因为孤僻的性格,除了沉迷于科学研究,还喜欢通过写诗来抒发自己的感情,而在爱丁堡大学期间,他也同意遇到了自己人生的伯乐。

就像我在以前的论文中说过的一样,一个天才除了与生俱来的天赋还需要拥有伯乐的赏识,如高斯、欧拉、牛顿皆都是如此,而无伯乐赏识,就容易怀才不遇,伽罗瓦、阿贝尔皆是如此。

在爱丁堡大学期间,他的物理学教授福布斯对麦克斯韦青睐有加,他培养了麦克斯韦对实验技术的浓厚兴趣,他还强制要求麦克斯韦写作要表达清楚,这样才能在从事理论物理研究的时候用精准的语言表述出来。

他还把自己的实验室给麦克斯韦使用,18岁的麦克斯韦就这样在福布斯的实验室里开始了自己的色彩混合实验。去印证自己童年时候的疑问。

而另外一个就是哲学逻辑学教授哈密顿,知识广博的他喜欢提出与众不同的观点,来启发他人思考,麦克斯韦在哈密顿的影响下,唤起了麦克斯韦对科学一些基本知识的注意。

在良师的帮助以及个人的努力下,麦克斯韦仅用了三年完成了自己大学的学业。

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而为了获取更加深入系统的学习,他来到了物理学的殿堂剑桥大学三一学院。这里诞生了许多在时代中具有重大影响的科学家。

而在这里,他开始正式研究法拉第的《电学的实验研究》,18世纪五十年代,电学的研究主要进入了两个阶段,一是韦伯在牛顿的“超距作用”的传统观念基础下所做的综合二就是法拉第的力线学说。

可惜法拉第的数学水平不高,都是使用的直观的形式来表达,而并非严谨的逻辑论证。所以微博的学说大行其道!

麦克斯韦在潜心研究了法拉第关于电磁学方面的新理论和思想之后,坚信法拉第的新理论包含着真理。于是他抱着给法拉第的理论“提供数学方法基础”的愿望,决心把法拉第的天才思想以清晰准确的数学形式表示出来。

在经过十几年的研究之后,1873年麦克斯韦于1873年出版了科学名著《电磁理论》。系统、全面、完美地阐述了电磁场理论。这一理论成为经典物理学的重要支柱之一。他还预言了电磁波的存在,电磁波的存在也正式敲开了现代无线通信的大门。

他建立的电磁场理论,将电学、磁学、光学统一起来,是19世纪物理学发展的最光辉的成果,是科学史上最伟大的综合之一。可以说,没有电磁学就没有现代电工学,也就不可能有现代文明。

麦克斯韦仅仅用列出的简短四元方程组,就可以准确地描绘出电磁场的特性及其相互作用的关系。这样他就把混乱纷纭的现象归纳成为一种统一完整的学说。麦克斯韦方程在理论和应用科学上都已经广泛应用一个世纪。

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然而,在当时,麦克斯韦却的学说却并没有得到承认,正如当初大家把亚里士多德的著作奉为神典永无错漏一般,18世纪的科学家也将牛顿奉为神明。

在当时的德国,人们依然固守着牛顿的传统物理学观念,法拉第、麦克斯韦的理论对物质世界进行了崭新的描绘,但是违背了传统,因此在德国等欧洲中心地带毫无立足之地,甚而被当成奇谈怪论。

英国皇家天文学家乔治·艾里甚至嘲讽道:“我难以想象任何人···在简单明了的牛顿式作用与其他任何像力线一样模糊的作用之间做出选择时会有片刻犹豫······”

当时支持电磁理论研究的,只有波尔茨曼和赫尔姆霍茨。赫兹后来成了赫姆霍茨的学生。

直到后来,赫兹经过反复实验,发明了一种电波环,用这种电波环作了一系列的实验,终于在1888年发现了人们怀疑和期待已久的电磁波。

赫兹的实验公布后,轰动了全世界的科学界,由法拉第开创、麦克斯韦总结的电磁理论,至此取得了决定性的胜利。

赫兹实验装置

物理学历史上认为牛顿的经典力学打开了机械时代的大门,而麦克斯韦电磁学理论则为电气时代迈向现代文明奠定了基石。

直至今日,我们依然在享受麦克斯韦留下的科学遗产。

在当时,麦克斯韦为了推广自己的电磁学理论,1879年是麦克斯韦生命的最后一年。这他的健康明显恶化,但是他依然拖着残弱的病躯坚持不懈地宣传电磁理论。

而他的讲座却只有两个听众。一个是美国来的研究生,另一个就是后来发明电子管的弗莱明。但他依然非常用心认真地和听众讲解着自己的理论。11月5日,麦克斯韦因病在剑桥逝世,年仅48岁。

1879年是麦克斯韦逝世的一年,又是爱因斯坦诞生的一年。爱因斯狭义相对论的建立,基于麦克斯韦的电磁场理论(根据光速不变性和真空中麦克斯韦方程)。

麦克斯韦方程组

麦克斯韦生前没有享受到他应得的荣誉,因为他的科学思想和科学方法的重要意义直到20世纪科学革命来临时才充分体现出来。然而他没能看到科学革命的发生。

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麦克斯韦是一个非常温柔善良且真诚的人,无论是在为人还是科研都可以说的上完美。

1856年,麦克斯韦正全力攻破电磁理论,这时传来了父亲病重的消息,他毅然决然辞去了自己的工作回到了家乡照顾自己的父亲。

他也很爱自己的妻子,他和自己的妻子是姐弟恋,他的妻子比他大八岁。他还用诗歌表达自己对妻子无限的感情!

你和我将长相厮守

在生机盎然的春潮里,

我的神灵已经

穿越如此广阔的寰宇?

我这就将我的整个生命

导入这生机盎然的春潮,

将真正使三个自我

穿越这世界的广袤

而麦克斯韦的妻子也特别体贴,因为丈夫很尊敬她,总会把自己的研究成果拿给她看,她也就很情愿地做起了丈夫的助手,常常给他当助手,生火炉,调节室内温度,还帮他计算数据。麦克斯韦研究的是电磁学,他通过周密计算,得出了电流的速度,而这个速度竟然和光速很接近,也就是说,光就是一种电磁波。麦克斯韦为自己的发现激动得几天几夜睡不着觉,老婆不忍心,就帮他对数据仔细进行核对,然后拍着麦克斯韦的肩膀说:“你的计算是正确的。”著名的麦克斯韦方程就这样诞生了。

然而后来妻子又久病不愈,麦克斯韦对妻子一向体贴入微,为了看护妻子,他曾经整整三个星期没有在床上睡过觉。尽管这样,他的讲演,他的实验室工作,却从来没有中断过。因为无人理解他的理论带来的过分的焦虑和劳累,终于损害了他的健康。最终导致了他的英年早逝。

不过除了电磁学理论,麦克斯韦另外一项最大的贡献就是筹建了卡文迪许实验室,麦克斯韦担任了卡文迪许实验室的第一任实验室主任,这是近代科学史上第一个社会化和专业化的科学实验室,催生了大量足以影响人类进步的重要科学成果,直到如今,他依然存在。从1904年至1989年的85年间一共产生了29位诺贝尔奖得主,其科研效率之惊人,成果之丰硕,举世无双。在鼎盛时期甚至获誉“全世界二分之一的物理学发现都来自卡文迪许实验室。”

麦克斯韦是一个伟大的人,同时也是一个可爱的人,他是一个愿意真诚地给朋友死去的小狗写吊唁信的人,一个先后耐心护理自己垂死的父亲和妻子的人,并且经常牺牲自己的时间到为手艺人开设的新型“工人大学”里当志愿者,你怎么会不喜欢这样一个人呢?正如他儿时的朋友和传记作者刘易斯·坎贝尔所言:他尽管有点古怪,但善良慷慨,是“曾经活过的最棒的人之一”。

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