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代物理学论天赋水平，成就最高的两位无疑是牛顿和爱因斯坦，那么能排在第三位的科学巨匠首推麦克斯韦，在Maxwell之后的爱因斯坦曾这么评价过麦克斯韦“是牛顿以来，物理学最深刻和最富有成果的工作”。 麦克斯韦1831年出生于苏格兰的爱丁堡，小时候的麦克斯韦有着优越的家庭环境，他的父亲是一名律师，但是却热爱研究科学现象和思考科学问题，这对年少的麦克斯韦产生了巨大的影响—一位科学巨匠的诞生。 麦克斯韦 麦克斯韦年少成名，从小就展现了过于常人的天赋，年仅14岁时发表了第一篇论文，关于对卵形线的一个讨论—椭圆的推广，一个极具天赋的物理学家往往具备天才般的数学能力。这为后世公认的最美丽的方程奠定基础。 1846年秋天，麦克斯韦进入爱丁堡大学学习物理，三年后进入剑桥大学三一学院，在剑桥的学习生涯，他打下了扎实的数学基础，为日后的数学分析和实验研究创造了条件。 麦克斯韦最大的科学成就就是统一了电磁场理论，在详细说明说麦克斯韦成就之前，我们不得不提到另外两位著名的物理学家奥斯特和法拉第，尤其是法拉第，后面笔者准备专门介绍这位颇具传奇的物理学家。 奥斯特 奥斯特小磁针实验 1820年，丹麦物理学家奥斯特在课堂上偶然发现通电导线对放在它下方的小磁针居然有作用力，令人惊讶的是，导线并没有与小磁针有任何接触。这个现象的出了电流可以产生磁场。这是人类第一次电和磁的亲密接触。奥斯特对这个现象倍感兴趣，但是后来也没有进一步的解释。 法拉第 时间在流逝，1827年，只有小学二年级毕业的法拉第开始着手电和磁，他想到既然电流可以产生磁场，那么磁场也可以产生电流。所以，他开始了一系列的物理实验，他将一个长形磁铁周围绕制螺旋导线，导线回路中就电流表及电键开关，起初，法拉第认为只要电键开关闭合，电流表就会产生电流指示，可是事与愿违，实验现象并不是这样；法拉第百思不得其解，实验一做就是四年，说来也巧，有一次法拉第再次做这个实验的时候，电键开关一直闭合，他将绕线磁铁中的磁铁抽走了，此时他发现电流表竟然有指示。因此，法拉第得出变化的磁场可以产生电流。 那么麦克斯韦如何能获得如此高的评价呢？首先要说说麦克斯韦重要的三篇论文。1860年，麦克斯韦完成了一个粉丝的愿望，专程拜访了他的偶像法拉第。并且在1855年，麦克斯韦阅读了法拉第的科学巨著，他十分赞同法拉第的科学研究与实验发现，潜心研究法拉第的的《电学的实验研究》一书，他以法拉第的力线概念为指导，透过这些杂乱无章的实验记录，分析总结出其中一些统一的简单的规律，于是，他发表了《论法拉第力线》。在这篇文章中法拉第力线得到精准的数学描述。在这篇论文中，麦克斯韦将法拉第描绘的力线延伸为装满了不可压缩流体的“力管”，这力管的方向代表力场（电场或磁场）的方向， 1861年，麦克斯韦发表第二篇重要论文《论物理力线》，在这篇论文中，他阐述了可以比拟各种电磁现象的“分子涡流理论”，和电势移的概念，又论定光波和电磁波。 1865年，麦克斯韦发表第三篇重要论文《电磁场的动力学理论》，在这篇论文中，他首次系统的成列出麦克斯韦方程组。麦克斯韦又应用于早前在1861年的论文《论物理力线》提出的位移电流的概念，来推到电磁波方程。由于这导引将电学、磁学、光学联结成一个统一理论。这创举现在被学术界公认为物理学史的重大里程碑。 强大的数学能力，总结出历史上最优美的方程：麦克斯韦方程组。它具有电磁学的包罗万象，也具有强烈的对称性与自洽性，其数学表达式如下： 最美公式----麦克斯韦方程组 其中 E表示电场， B表示磁场， e0为真空电容率，u0为真空磁导率，I为电流。 麦克斯韦预言光就是电磁波。麦克斯韦还经过推算证明：如果在真空中存在一个振荡的电场，那么在振荡电场的周围就会产生磁场，而这个磁场又会进一步产生电场…如此循环往复，电磁场就可以向远处传播，形成电磁波。麦克斯韦计算了电磁波的速度，发现电磁波在真空中的速度刚好等于光速，于是大胆预言：光就是一种电磁波。有了电磁波，就有了现代的无线通信。 电和磁互相感应形成电磁波 后来，赫兹通过实验证明电磁波的存在。 牛顿说过“我之所以看的远，是因为我站在巨人的肩膀上”。 有的人说，麦克斯韦只是总结了前人的研究成果。这种看法是极其错误的，麦克斯韦生在电磁学已经打好基础的年代, 他没有辜负时代的要求, 及时地总结了已有的成就; 他受到法拉第力线思想的鼓舞, 又得到W. 汤姆生类比研究的启发; 他深刻地洞察了以纽曼和韦伯为代表的大陆派电动力学的困难和不协调因素, 看穿那种力图把电磁现象归于力学体系的超距作用理论的根本弱点, 决心致力于近距作用理论。他从类比研究入手, 开始只是借用适当的数学工具定量地表述法拉第的力线图象。后来, 他感到有必要对力线的布及其应力性质给予机理性的说明, 乃转而运用模型理论。在这个过程中, 他敏锐地抓住了位移电流和电磁波这两个关键概念。最后, 他终于甩掉一切机械论点, 径直把电磁场作为客体摆在电磁理论的核心地位, 从而开创了物理学又一个新的起点。 小时候的麦克斯韦由于家境殷实，小麦克斯韦又受到父亲的影响，逐渐对科学产生了浓厚的兴趣，他的父亲经常带他参加爱丁堡皇家学会组织的研讨会，那时候的麦克斯韦就能够侃侃而谈，表达自己对科学的思考，着实让人羡慕。 从对孩子的教育来说，也让我们很有感触，麦克斯韦的家庭尤其是他的父亲让麦克斯韦坚定，执着，严谨和十分热爱科学，他的每一篇论文发表，都会做大量的实验，最终确保每一句表述正确性；这都值得我们研究科学与实际生活中学习。 令人遗憾的是，1879年，麦克斯韦与世长辞，享年39岁。他的生命虽然很短暂，但是他的思想和学术成就却改变了人类，并且永远值得我们学习。 |
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