麦克斯韦<%=id%>

数学家和物理学家
麦克斯韦（Maxwell,James Clerk）
苏格兰数学家和物理学家。1831年11月13日生于爱丁堡；1879年11月5日卒于英格兰的剑桥。
麦克斯韦出身于苏格兰望族，他是家中的独子。九岁时，他的母亲患癌症去世，除这件事之外，他的童年是幸福的。
他很小就显示出数学才能的标志。唉！可是有这种才能的人往往被普通的年青人当成傻子，小麦克斯韦的同学就给他取个外号叫傻瓜。十五岁时，他就把自己的一项独创性工作送到爱丁堡皇家学会去，这是关于绘出卵形线的方法的文章。这项工作非常出色，以致许多人都不相信作者是个孩子。第二年，麦克斯韦会见了年迈的尼科耳，此人曾发明了偏振尼科耳棱镜。由此他对于光的现象产生很大的兴趣。后来他的兴趣使得他应用扬 – 亥姆霍兹的色觉理论提出一些方法，这些方法最终用到彩色摄影术上。
1850年他进入剑桥大学，他毕业时数学为全班第二名，这正和他之前的开尔文和他之后的J.J.汤姆孙一样。考第一的学生后来成了著名数学家，但比不上麦克斯韦的名声大。1856年麦克斯韦首先在阿伯丁被任命为教授。
1857年麦克斯韦作出他天文学上最主要的贡献，那是关于土星光环的。在当时对于这个光环的性质还相当不清楚。表面上看来它像是中间空的扁平圆盘。麦克斯韦从理论上来考虑，证明假如光环真是固体或液体构成的，那么当它转动时，作用于它上面的引力及机械力就会使它裂开。然而，如果它是由无数小的固体质点构成，那么（由到土星那么远的距离）从表面上看起来也像固体，并且在力学上也是稳定的。卡西尼在一个半世纪之前也猜想到这点，并且从那时起的所有证据都支持麦克斯韦的观点。这个光环的确由成千上万个小星体组成，围绕行星构成一种非常密集的“小行星带”。
1860年麦克斯韦又把数学用在讨论许多微小粒子的另一个问题上，这一次由粒子构成的是气体而不是土星的光环。每种气体都是由分子组成，这些分子在各个方向上快速地运动。正如伯努利在一个世纪之前尝试用统计学来讨论这种问题，麦克斯韦也是用统计方法处理气体问题。麦克斯韦掌握了更强有力的数学工具，从而比伯努利能够得到更加深入的结果。他认为分子不仅在所有的方向上运动，而且以各种不同的速度运动，并且分子相互之间的碰撞以及和容器壁的碰撞都完全是弹性碰撞。他和当时也从事这个问题的玻耳兹曼一起，创建出麦克斯韦 – 玻耳兹曼的气体分子运动论。
他得出一个方程，表明在一定温度下某种气体分子的速率分布。有少数分子运动很慢，也有少数分子运动很快，而大多数气体分子以两者之间的速度运动，其中有一种速度是最多数分子公有的运动速度。当温度升高时，就使得平均速度上升，当温度下降时就使得平均速度下降。事实上，温度或者热量本身，可以只用分子运动而不用别的方式来形象地描述。这就给热是一种没有重量的流体的学说以最后的打击。从而朗福德的热是一种运动形式的观念永远地得到确立。
麦克斯韦为了着重说明热的流体理论和热的分子运动理论之间的差别，在1871年发明了通常叫作麦克斯韦的概念。在流体理论中，热可以从热的物体流向冷的物体，而根据克劳修斯的热力学第二定律，反方向的流动是不可设想的。
然而，在分子运动理论中，处于一种平衡温度下的某种气体的个别分子从最慢到最快有一个整个的速度谱。如果有两个盛有相同温度的气体容器，通过一个小门连接起来，由一个小妖精把着门，可以想像当运动慢的分子到右边容器而不是到左边，门就打开；或者运动快的分子到左边而不是到右边，门也打开。在这种情况下，左边容器中聚集的气体（分子）就越来越热，而慢的分子就去右边容器聚集起来，而变得越来越冷。这样热就可以违背热力学第二定律而连续地由冷处流向热处。
自然，麦克斯韦妖并不存在，但是，通过随机的作用，这种情形可以在足够长时间内在某些地方出现。热力学第二定律从某种流体的说法转变成仅仅是最有可能出现的速度分布的说法在哲学上十分重要。例如它意味道着宇宙的“热寂”，也即熵达到极大，并不是不可避免的，并且，甚至于达到了热寂也并不是老这样下去永不改变。
这种热的新观点并没有使得像卡诺等人的热力学工作失效。他们的结论是建立在观察及实验的基础上，仅仅需要在新的更好的理论基础以解释，仍然和过去一样有用和有价值。
1871年麦克斯韦很勉强地接受了剑桥大学实验物理学教授的聘任。他是头一个得到实验物理学教授职位的人，但必需承认，他讲课并不很成功。他讲的总是超过大多数学生的接受能力，往往只有三、四个学生听讲。只有少数脑筋特别好的学生，例如，J.J.汤姆孙，才从他的讲课中受到启发及教益。
他在剑桥任教期间，组织了卡文迪实验室，其命名是为了纪念上世纪的有怪癖的英国科学家亨利·卡文迪许。他任该实验室主任一直到去世。二三十年后，卡文迪许实验室在放射性方面作出伟大的工作。
麦克斯韦一生中最辉煌灿烂的工作是在1864年到1873年进行的，当时他把法拉第关于磁力线的想法变成为数学形式。（顺便说一下，麦克斯韦同法拉第很相像，他们都具有虔诚的宗教信仰，并且婚姻都很幸福，虽然都没有孩子。）
麦克斯韦在研究力线的概念时，能够列出几个简单的方程来，表现所有的各式各样的电磁现象，并把电与磁不可分地结合在一起。麦克斯韦的理论证明，电与磁不能孤立地存在。哪里有电，哪里就有磁；哪里有磁，哪里就有电；所有他的工作通常称为电磁理论。
他证明电荷的振荡产生电磁场，电磁场由振源以一固定速度向外辐射电磁波。这个速度可以通过表示磁现象的某些单位与表示电现象的某些单位之比计算出来。得到的比值刚好约为每秒300，000公里或每秒186，300英里（现在最准的数值是每秒299，792.5公里或每秒186，282英里）。
对于麦克斯韦，其意义决不只是一种巧合。他提出光本身也由电荷振荡产生，因此也是一种电磁辐射。在当时，还没有电荷振荡能产生出光来，一直要等到二十多年后，塞曼才证明了麦克斯韦关于光与电磁之间的这个关系。
另外，由于电荷可以任何速度振荡，因而麦克斯韦似乎认为应该有一整套电磁辐射，可见光只不过是其中很小一部分。
的确在半个世纪之前，赫歇耳已在可见光谱的红端之外发现了红外肖，里特尔在紫端之外发现了紫外光。从那时以后，斯托克斯已经证明紫外光具有和通常光相同的所有性质，梅伦尼证明红外光也是如此。然而，麦克斯韦所预言的辐射远远超出红外及紫外的范围。这一直到赫兹的时代才得到证实。
麦克斯韦不仅认为电磁辐射的波由以太承载，而且认为磁力线的确是受以太的真正扰动。他认为由些他已经去掉了“超距作用”的观念。对于电学和磁学的某些实验家（例如安培）来说，似乎磁石吸引铁而没有真正接触铁。麦克斯韦似乎认为，磁石在以太中引起的扰动接触到铁，从而所有现象可以解释为“接触作用”。（不是所有人接受这种观念，艾里就顽固地反对这种观念。）
然而，有一个方面，麦克斯韦的直觉是错误的。这就是他反对电的粒子性的观念，而这观念甚至已经由法拉第电解定律强烈地显示出来。
麦克斯韦的最后一个成应可以说是出版了当时还没有发表的卡文迪许的电学实验。其中表明这个怪人的工作比他同时代的人先进了五十年。麦克斯韦也是最早理解吉布斯工作的人之一。
麦克斯韦还不到五十岁就死于癌症。如果他能活到现在看来是正常的寿命，他就会看到他关于广谱电磁辐射的预言被赫兹所证实。然而，他也会看到，似乎稳固建立起来的以太理论，由迈克耳孙及莫利的划时代的实验引出了严重的困难问题，另外，他也会看到电最终由粒子组成。然而他的电磁方程并不依赖于他对以太的解释，他作出的比他知道的还要好。麦克斯韦去世后二十多年，爱因斯坦的理论，几乎推翻整个经典物理学，而麦克斯韦方程却保持不变，同过去一样适用。

设为首页 | 加入收藏 | 广告服务 | 友情链接 | 版权申明