麦克斯韦|麦克斯韦,到底有多牛?( 三 )


麦克斯韦|麦克斯韦,到底有多牛?
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迈克尔·法拉第(1791~1867)
然而 , 法拉第是一位实验物理学家 , 他小时候因为家庭穷困没有受过正统教育 , 数学能力较弱 , 所以无法通过数学公式对自己的理论进行证明 , 一直为此耿耿于怀 。
麦克斯韦|麦克斯韦,到底有多牛?
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法拉第的著作——《电学的实验研究》 , 从头到尾没有一个公式
在法拉第的默默召唤之下 , 上帝派来了数学兼物理双料天才——麦克斯韦 , 帮助法拉第了却心愿 。
1855年 , 麦克斯韦发表了一篇论文——《论法拉第的力线》 , 第一次试图将数学形式引入法拉第的力线概念 , 从而初步建立电与磁之间的数学关系 。 这篇文章引起了物理学界的重视 , 也得到法拉第本人的赞扬 。
1862年 , 麦克斯韦发表了第二篇论文——《论物理学的力线》 。 在这篇论文中 , 他首次提出了“位移电流”和“电磁场”等新概念 , 对电磁理论给出了更完整的数学表述 。
1864年 , 麦克斯韦发表了第三篇论文——《电磁场的动力学理论》 。 这篇论文中不仅给出了麦克斯韦方程 , 还首次提出了“电磁波”的概念 。
麦克斯韦认为 , 变化的电场会激发磁场 , 变化的磁场又激发电场 。 这种变化的电场磁场共同构成了电磁场 , 电磁场以横波的形式在空间传播 , 就是电磁波 。
麦克斯韦推算出电磁波的传播速度 , 发现和光速非常接近 , 于是 , 他指出:“光与磁是同一物质的两种属性 , 而光是按照电磁定律在电磁场中传播的电磁扰动 。 ”
以上这些突破性进展 , 极大地验证了法拉第的电磁感应定律 , 也让法拉第可以不留遗憾地离开这个世界(1867年) 。
法拉第是幸运的 , 但麦克斯韦却没有那么好命 。
虽然麦克斯韦通过完美的数学公式奠定了电磁理论的基础 , 但是 , 因为理论过于精深复杂 , 公式过于抽象 , 所以并未得到公众的广泛认可 。
在牛顿力学仍占主导的那个时期 , 麦克斯韦的理论遭到主流学术界的抵制 , 年轻学者也很少有人愿意追随他 。
据说 , 在麦克斯韦去世那年 , 当他仍然坚持不懈地宣传电磁波理论时 , 只有2个听众愿意听他上课 , 一个是来自美国的研究生 , 另一个是后来发明电子管的弗莱明 。
他逝世后 , 主流学术界依旧没有接受他的理论 。
一直到他逝世的9年后 , 1888年 , 年轻的德国物理学家赫兹 , 通过实验首次证实了电磁波的存在 , 才真正验证了麦克斯韦理论的正确性 。 麦克斯韦的贡献和地位 , 得以被全世界承认 。 如果他泉下有知 , 也可以瞑目了 。
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海因里希·鲁道夫·赫兹(Heinrich Rudolf Hertz)
在科学史上 , 人们普遍认为 , 牛顿把天上和地上的运动规律统一起来 , 是“第一次”大统一 , 而麦克斯韦把电学、磁学、光学统一起来 , 是“第二次”大统一 。
值得一提的是 , 后来爱因斯坦受麦克斯韦方程组的影响 , 想要以同样的方法统一力场 , 将宏观和微观的两种力放在同一组式子中 , 实现最终的“大一统理论” , 结果没搞成 。 不然的话 , 这个世界估计又是另外一个样子了 。。。
此外 , 麦克斯韦的《电磁学通论》 , 作为电磁学经典著作 , 也经常被拿来和牛顿的《自然哲学的数学原理》(力学)、达尔文的《物种起源》(生物学)相提并论 。
所有这些 , 都足以证明麦克斯韦的伟大 。
上面所说的贡献 , 还仅仅只是麦克斯韦在电磁理论方面的工作 。 除了电磁理论之外 , 麦克斯韦在光学、天文学、分子运动论和热力学等诸多领域也有非常深入的研究 , 对后世产生了深远影响 。
例如著名的物理学四大神兽之一 , 麦克斯韦妖 , 就是麦克斯韦围绕热力学第二定律提出来的一个佯谬 。
▉ 结语
回顾麦克斯韦出生和逝世年月 , 我们会发现两个惊人的巧合——麦克斯韦出生的那一年 , 法拉第发现了电磁感应;麦克斯韦去世的那一年 , 爱因斯坦出生 。
爱因斯坦一生对麦克斯韦极为推崇 , 他后来取得的很多研究成果(狭义相对论等) , 都离不开麦克斯韦的前期贡献 。 也有人戏称 , 爱因斯坦是麦克斯韦的隔世弟子 。
1931年 , 在麦克斯韦诞辰一百周年的纪念会上 , 爱因斯坦评价麦克斯韦的建树 , 是“牛顿以来 , 物理学最深刻和最富有成果的工作 。 ”
【麦克斯韦|麦克斯韦,到底有多牛?】量子论创立者普朗克也是麦克斯韦的忠实拥趸 。 他是这么评价麦克斯韦的:“他的光辉名字将永远镌刻在经典物理学的门扉上 , 永放光芒 。 从出生地来说 , 他属于爱丁堡;从个性来说 , 他属于剑桥大学;从功绩来说 , 他属于全世界 。 ”


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