1831年11月13日生于蘇格蘭的愛丁堡,自幼聰穎,父親是個(gè)知識(shí)淵博的律師,使麥克斯韋從小受到良好的教育。10歲時(shí)進(jìn)入愛丁堡中學(xué)學(xué)習(xí)14歲就在愛丁堡皇家學(xué)會(huì)會(huì)刊上發(fā)表了一篇關(guān)于二次曲線作圖問題的論文,已顯露出出眾的才華。1847年進(jìn)入愛丁堡大學(xué)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)和物理。1850年轉(zhuǎn)入劍橋大學(xué)三一學(xué)院數(shù)學(xué)系學(xué)習(xí),1854年以第二名的成績(jī)獲史密斯獎(jiǎng)學(xué)金,畢業(yè)留校任職兩年。1856年在蘇格蘭阿伯丁的馬里沙耳任自然哲學(xué)教授。1860年到倫敦國(guó)王學(xué)院任自然哲學(xué)和天文學(xué)教授。1861年選為倫敦皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。1865年春辭去教職回到家鄉(xiāng)系統(tǒng)地總結(jié)他的關(guān)于電磁學(xué)的研究成果,完成了電磁場(chǎng)理論的經(jīng)典巨著《論電和磁》,并于1873年出版,1871年受聘為劍橋大學(xué)新設(shè)立的卡文迪什試驗(yàn)物理學(xué)教授,負(fù)責(zé)籌建著名的卡文迪什實(shí)驗(yàn)室,1874年建成后擔(dān)任這個(gè)實(shí)驗(yàn)室的第一任主任,直到1879年11月5日在劍橋逝世。
麥克斯韋于1873年出版了科學(xué)名著《電磁理論》。系統(tǒng)、全面、完美地闡述了電磁場(chǎng)理論。這一理論成為經(jīng)典物理學(xué)的重要支柱之一。在熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)方面麥克斯韋也作出了重要貢獻(xiàn),他是氣體動(dòng)理論的創(chuàng)始人之一。1859年他首次用統(tǒng)計(jì)規(guī)律得出麥克斯韋速度分布律,從而找到了由微觀兩求統(tǒng)計(jì)平均值的更確切的途徑。1866年他給出了分子按速度的分布函數(shù)的新推導(dǎo)方法,這種方法是以分析正向和反向碰撞為基礎(chǔ)的。他引入了馳豫時(shí)間的概念,發(fā)展了一般形式的輸運(yùn)理論,并把它應(yīng)用于擴(kuò)散、熱傳導(dǎo)和氣體內(nèi)摩擦過程。1867年引入了“統(tǒng)計(jì)力學(xué)”這個(gè)術(shù)語。麥克斯韋是運(yùn)用數(shù)學(xué)工具分析物理問題和精確地表述科學(xué)思想的大師,他非常重視實(shí)驗(yàn),由他負(fù)責(zé)建立起來的卡文迪什實(shí)驗(yàn)室,在他和以后幾位主任的領(lǐng)導(dǎo)下,發(fā)展成為舉世聞名的學(xué)術(shù)中心之一。
在愛丁堡大學(xué),麥克斯韋獲得了攀登科學(xué)高峰所必備的基礎(chǔ)訓(xùn)練。其中兩個(gè)人對(duì)他影響最深,一是物理學(xué)家和登山家福布斯,一是邏輯學(xué)和形而上學(xué)教授哈密頓。福布斯是一個(gè)實(shí)驗(yàn)家,他培養(yǎng)了麥克斯韋對(duì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的濃厚興趣,一個(gè)從事理論物理的人很難有這種興趣。他強(qiáng)制麥克斯韋寫作要條理清楚,并把自己對(duì)科學(xué)史的愛好傳給麥克斯韋。哈密頓教授則用廣博的學(xué)識(shí)影響著他,并用出色的怪異的批評(píng)能力刺激麥克斯韋去研究基礎(chǔ)問題。在這些有真才實(shí)學(xué)的人的影響下,加上麥克斯韋個(gè)人的天才和努力,麥克斯韋的學(xué)識(shí)一天天進(jìn)步,他用三年時(shí)間就完成了四年的學(xué)業(yè),相形之下,愛丁堡大學(xué)這個(gè)搖籃已經(jīng)不能滿足麥克斯韋的求知欲。為了進(jìn)一步深造,1850年,他征得了父親的同意,離開愛丁堡,到人才濟(jì)濟(jì)的劍橋去求學(xué)。
赫茲是德國(guó)的一位青年物理學(xué)家。麥克斯韋的《電磁學(xué)通論》發(fā)表之時(shí),他只16歲。在當(dāng)時(shí)的德國(guó),人們依然固守著牛頓的傳統(tǒng)物理學(xué)觀念,法拉第、麥克斯韋的理論對(duì)物質(zhì)世界進(jìn)行了嶄新的描繪,但是違背了傳統(tǒng),因此在德國(guó)等歐洲中心地帶毫無立足之地,甚而被當(dāng)成奇談怪論。當(dāng)時(shí)支持電磁理論研究的,只有波爾茨曼和赫爾姆霍茨。赫茲后來成了赫姆霍茨的學(xué)生。在老師的影響下,赫茲對(duì)電磁學(xué)進(jìn)行了深入的研究,在進(jìn)行了物理事實(shí)的比較后,他確認(rèn),麥克斯韋的理論比傳統(tǒng)的“超距理論”更令人信服。于是他決定用實(shí)驗(yàn)來證實(shí)這一點(diǎn)。1886年,赫茲經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn),發(fā)明了一種電波環(huán),用這種電波環(huán)作了一系列的實(shí)驗(yàn),終于在1888年發(fā)現(xiàn)了人們懷疑和期待已久的電磁波。赫茲的實(shí)驗(yàn)公布后,轟動(dòng)了全世界的科學(xué)界,由法拉第開創(chuàng)、麥克斯韋總結(jié)的電磁理論,至此取得了決定性的勝利。麥克斯韋的偉大遺愿終于實(shí)現(xiàn)了。
早在1787年,拉普拉斯進(jìn)行過把土星光環(huán)作為固體研究的計(jì)算。當(dāng)時(shí)他曾確定,土星光環(huán)作為一個(gè)均勻的剛性環(huán),它不會(huì)瓦解的原因要滿足兩個(gè)條件,一是它以一種使離心力與土星引力相平衡的速度運(yùn)轉(zhuǎn),二是光環(huán)的密度與土星的密度之比超過臨界值0.8,從而使環(huán)的內(nèi)層與外層之間的引力超過在不同半徑處離心力與萬有引力之差。他之所以有如此推論,是因?yàn)?,一個(gè)均勻環(huán)的運(yùn)動(dòng)在動(dòng)力學(xué)上是不穩(wěn)定的,任何輕微的破壞平衡的位移都會(huì)導(dǎo)致環(huán)的運(yùn)動(dòng)被破壞,使光環(huán)落向土星。拉普拉斯推測(cè),土星光環(huán)是一個(gè)質(zhì)量分布不規(guī)則的固體環(huán)。
到了1855年,理論仍然停留在此,而這中間,人們又觀測(cè)到了土星的一個(gè)新的暗環(huán),和現(xiàn)在環(huán)中更進(jìn)一步的分離現(xiàn)象,還有光環(huán)系統(tǒng)自從被發(fā)現(xiàn)以來二百年間整體尺度的緩慢變化。因此,一些科學(xué)家們提出了一個(gè)假說,來解釋土星光環(huán)在動(dòng)力學(xué)上的穩(wěn)定性,這個(gè)假說是:土星光環(huán)是:由固體流體和大量并非相互密集的物質(zhì)構(gòu)成的。麥克斯韋就根據(jù)這一假說進(jìn)行了論述。他首先著手的是拉普拉斯留下的固體環(huán)理論,并確定了一個(gè)任意形狀環(huán)的穩(wěn)定性條件。麥克斯韋依據(jù)環(huán)在土星中心造成的勢(shì),列出了運(yùn)動(dòng)方程式,獲得了對(duì)勻速運(yùn)動(dòng)的勢(shì)的一階導(dǎo)數(shù)的兩個(gè)限制,然后由泰勒展開式又得到關(guān)于穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)二階導(dǎo)數(shù)的三個(gè)條件。麥克斯韋又把這些結(jié)果換成關(guān)于質(zhì)量分布的傅立葉級(jí)數(shù)的前三個(gè)系數(shù)的條件。因而他證明了,除非有一種奇妙的特殊情形,幾乎每個(gè)可以想象的環(huán)都是不穩(wěn)定的。這種特殊的情形是指一個(gè)均勻環(huán)在一點(diǎn)上承載的質(zhì)量介于剩余質(zhì)量的4.43倍到4.67倍之間。但是這種特殊情況的固體環(huán)在不均勻的應(yīng)力下會(huì)瓦解掉,所以固體環(huán)的理論假說是不能成立的。
麥克斯韋早在1849年在愛丁堡的福布斯實(shí)驗(yàn)室就開始了色混合實(shí)驗(yàn)。在那個(gè)時(shí)候,愛丁堡有許多研究顏色的學(xué)者,除了福布斯、威爾遜和布儒斯特外,還有一些對(duì)眼睛感興趣的醫(yī)生和科學(xué)家。實(shí)驗(yàn)主要就是在于觀察一個(gè)快速旋轉(zhuǎn)圓盤上的幾個(gè)著色扇形所生成的顏色。麥克斯韋和福布斯首先做出的一個(gè)實(shí)驗(yàn)是使紅、黃、藍(lán)組合產(chǎn)生灰色。他們的實(shí)驗(yàn)失敗了,而其中的主要原因是:藍(lán)與黃混合并不象常規(guī)那樣生成綠色,而是當(dāng)兩者都不占優(yōu)勢(shì)時(shí)產(chǎn)生一種淡紅色,這種組合加上紅色不可能產(chǎn)生任何灰色。
麥克斯韋起初想到他的母校愛丁堡大學(xué)去謀職,因?yàn)槟抢锼睦蠋煾2妓挂淹寺?,需要一個(gè)自然哲學(xué)教授。同時(shí)應(yīng)選的有三個(gè)人,校方?jīng)Q定用考試來決定錄用誰。在筆試方面;麥克斯韋的學(xué)問理所當(dāng)然是第一,但是在口才上,麥克斯韋再次吃了虧。考試結(jié)果,麥克斯韋是最后一名,他的講課能力實(shí)在太差了。當(dāng)時(shí)甚至愛丁堡的一家雜志都發(fā)表評(píng)論文章,為愛丁堡大學(xué)失去這樣一個(gè)人才而惋惜。不過被選上的人也不差,那就是他中學(xué)和大學(xué)的同學(xué)泰特。麥克斯韋離開阿伯丁,又因此離開家鄉(xiāng)愛丁堡,他被聘為倫敦皇家學(xué)院的教授,妻子也一同前往。麥克斯韋于是開始了新的生活,在倫敦皇家學(xué)院,他完成了可以使他最終在物理學(xué)史上發(fā)射出光芒的電磁學(xué)理論。
麥克斯韋的電學(xué)研究始于1854年,當(dāng)時(shí)他剛從劍橋畢業(yè)不過幾星期。他讀到了法拉第的《電學(xué)實(shí)驗(yàn)研究》,立即被書中新穎的實(shí)驗(yàn)和見解吸引住了。在當(dāng)時(shí)人們對(duì)法拉第的觀點(diǎn)和理論看法不一,有不少非議。最主要原因就是當(dāng)時(shí)“超距作用”的傳統(tǒng)觀念影響很深。另一方面的原因就是法拉第的理論的嚴(yán)謹(jǐn)性還不夠。法拉第是實(shí)驗(yàn)大師,有著常人所不及之處,但唯獨(dú)欠缺數(shù)學(xué)功力,所以他的創(chuàng)見都是以直觀形式來表達(dá)的。一般的物理學(xué)家恪守牛頓的物理學(xué)理論,對(duì)法拉第的學(xué)說感到不可思議。有位天文學(xué)家曾公開宣稱:“誰要在確定的超距作用和模糊不清的力線觀念中有所遲穎,那就是對(duì)牛頓的褻瀆!”在劍橋的學(xué)者中,這種分歧也相當(dāng)明顯。湯姆遜也是劍橋里一名很有見識(shí)的學(xué)者之一。麥克斯韋對(duì)他敬佩不已,特意給湯姆遜寫信,向他求教有關(guān)電學(xué)的知識(shí)。湯姆遜比麥克斯韋大7歲,對(duì)麥克斯韋從事電學(xué)研究給予過極大的幫助。在湯姆遜的指導(dǎo)下,麥克斯韋得到啟示,相信法拉第的新論中有著不為人所了解的真理。認(rèn)真地研究了法拉第的著作后,他感受到力線思想的寶貴價(jià)值,也看到法拉第在定性表述上的弱點(diǎn)。于是這個(gè)剛剛畢業(yè)的青年科學(xué)家決定用數(shù)學(xué)來彌補(bǔ)這一點(diǎn)。1855年麥克斯韋發(fā)表了第一篇關(guān)于電磁學(xué)的論文《論法拉第的力線》。
1862年,麥克斯韋完成了論文《論物理的力線》,麥克斯韋的物理力線理論就在于把磁場(chǎng)中的轉(zhuǎn)動(dòng)這一假說從尋常的物質(zhì)推廣到以太。他考慮了深置于不可壓縮流體中渦旋的排列。在正常情況下,壓強(qiáng)在各方向是相同的,但轉(zhuǎn)動(dòng)引起的離心力使每一渦旋發(fā)生縱向收縮并施加經(jīng)向壓強(qiáng),這正模擬了法拉第力線學(xué)說中所提的應(yīng)力分布。由于使每一渦旋的角速度同局部磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比,麥克斯韋得出了同已有的關(guān)于磁體、穩(wěn)恒電流及抗磁體之間力的理論完全相同的公式。根據(jù)流體的觀察實(shí)驗(yàn),麥克斯韋認(rèn)為各渦旋之所以能沿同一指向自由轉(zhuǎn)動(dòng),是因?yàn)楦鳒u旋由一層微小的粒子同與它相鄰的渦旋格開,這種粒子與電完全相同。
然而麥克斯韋并未滿足自己已有的成果而舉足不前,他仍然向電磁學(xué)領(lǐng)域的更深處前進(jìn)。1863年,他在別人的幫助下完成了他的第三篇論文《論電學(xué)量的基本關(guān)系》,這是麥克斯韋電學(xué)研究中邁出的重要一步,在以往卻常常被人忽視。在這篇論文里,他推廣傅立葉在熱的理論中開始的程序,宣布了同質(zhì)量、長(zhǎng)度、時(shí)間度有關(guān)的電學(xué)量和磁學(xué)量的定義,以便于提供對(duì)那種二元的電學(xué)單位制的第一個(gè)最完整透徹的說明。他引入了成為標(biāo)準(zhǔn)的記號(hào),把量綱關(guān)系表示為用括弧括起來的質(zhì)量、長(zhǎng)度、時(shí)間量度的冪(音mì)的乘積,帶有各自的無量綱的乘數(shù)。在這一年,麥克斯韋已經(jīng)找到了在電磁量與光速之間的一個(gè)純唯象性質(zhì)的環(huán)節(jié)。
1865年他發(fā)表了第四篇論文《電磁場(chǎng)的動(dòng)力學(xué)理論》,為解決與光速之間的純唯象問題提供了一個(gè)新的理論框架。它以實(shí)驗(yàn)和幾個(gè)普遍的動(dòng)力學(xué)原理為根據(jù),證明了不需要任何有關(guān)分子渦旋或電粒子之間的力的專門假設(shè),電磁波在空間的傳播就會(huì)發(fā)生。在這篇論文中,麥克斯韋完善了他的方程式。他采用拉格朗日和哈密頓創(chuàng)立的數(shù)學(xué)方法,由該方程組直接導(dǎo)出了電場(chǎng)和磁場(chǎng)的波動(dòng)方程,其波動(dòng)的傳播速度為一個(gè)介電系數(shù)和導(dǎo)磁系數(shù)的幾何平均的倒數(shù),這一速度正當(dāng)?shù)扔诠馑佟_@一結(jié)果又再一次與麥克斯韋四年以前的推算結(jié)果完全一致。至此電磁波的存在是確定無疑的了。由此,麥克斯韋大膽的斷定,光也是一種電磁波。法拉第當(dāng)年關(guān)于光的電磁論的朦朧猜想,經(jīng)過麥克斯韋精心地計(jì)算而變成為科學(xué)的推論,法拉第與麥克斯韋的名字,從此像牛頓與伽利略的名字一樣,聯(lián)系在一起,在物理學(xué)上閃爍著永久的光芒。麥克斯韋在一封信上曾談及他的這篇論文,他說:“我在完成一篇包含光的電磁理論,在我確信相反的理論產(chǎn)生以前,我認(rèn)為這個(gè)理論是強(qiáng)大的武器。”從1865年開始,麥克斯韋辭去了皇家學(xué)院的教席,開始潛心進(jìn)行科學(xué)研究,系統(tǒng)地總結(jié)研究成果,撰寫電磁學(xué)專著。
《電磁學(xué)通論》是一部經(jīng)典的電磁理論著作,在這本大部頭的著作中,麥克斯韋系統(tǒng)地總結(jié)了人類在19世紀(jì)中葉前后對(duì)電磁現(xiàn)象的探索研究軌跡,其中包括庫侖、安培、奧斯特、法拉第等人的不可磨滅的功績(jī),更為細(xì)致、系統(tǒng)地概括了他本人的創(chuàng)造性努力的結(jié)果和成就,從而建立起完整的電磁學(xué)理論。這部巨著有著非同小可的歷史意義,可與牛頓的《數(shù)學(xué)原理》(力學(xué))、達(dá)爾文的《物種起源》(生物學(xué))相提并論。從安培、奧斯特,經(jīng)法拉第、湯姆遜最后到麥克斯韋,通過幾代人的不懈努力,電磁理論的宏偉大廈,終于建立起來。這本書的出版,理所當(dāng)然地成了物理學(xué)界的一件大事,當(dāng)時(shí)麥克斯韋只有42歲,已經(jīng)回到劍橋任實(shí)驗(yàn)物理學(xué)的教授。人們?cè)缫淹ㄟ^他以前的幾篇卓有見地的論文而熟識(shí)了他,他的朋友和學(xué)生以及科學(xué)界的人士對(duì)他的這本書更是期待已久,爭(zhēng)相到各地書店去購(gòu)買,以求先睹為快,所以書的第一版很快就被搶購(gòu)一空。
這些新成果中最重要的是由麥克斯韋自己推導(dǎo)出來的。根據(jù)他的方程可以證明出電磁場(chǎng)的周期振蕩的存在。這種振蕩叫電磁波,一旦發(fā)出就會(huì)通過空間向外傳播。根據(jù)方程,麥克斯韋就可以表達(dá)出電磁波的速度接近300000公里(186000英里)/秒,麥克斯韋認(rèn)識(shí)到這同所測(cè)到的光速是一樣的。由此他得出光本身是由電磁波構(gòu)成的這一正確結(jié)論。因此,麥克斯韋方程不僅是電磁學(xué)的基本定律,也是光學(xué)的基本定律。的確如此,所有先前已知的光學(xué)定律可以由方程導(dǎo)出,許多先前未發(fā)現(xiàn)的事實(shí)和關(guān)系也可由方程導(dǎo)出。
可見光并不是唯一的一種電磁幅射。麥克斯韋方程表明與可見光的波長(zhǎng)和頻率不同的其它電磁波也可能存在。這些從理論上得出的結(jié)論后來被海因利茨·赫茲公開演示證明了。赫茲不僅生產(chǎn)出而且檢驗(yàn)出了麥克斯韋預(yù)言存在的不可見光波。幾年以后,伽格利耶爾摩·馬可尼證明這些不可見光波可以用于無線電通訊,無線電隨之問世。今天我們也用不可見光為電視通訊。X線、γ線、紅外線、紫外線都是電磁波幅射的其它一些例子。所有這些射線都可以用麥克斯韋方程來加以研究。
《電磁學(xué)通論》雖然一搶而空,但是真正讀懂的人卻寥寥無幾。不久,就聽到有人批評(píng)它艱深難懂。當(dāng)然,高度抽象的麥克斯韋微分方程,畢竟不像 2×2=4那么簡(jiǎn)單。單是兩個(gè)公式、幾個(gè)數(shù)學(xué)符號(hào),就包羅了電荷、電流、電磁、光等自然界一切電磁現(xiàn)象的規(guī)律,這在一般人看來,確實(shí)是不可思議的。另外,還有一個(gè)更主要的原因,就是從麥克斯韋宣布他的理論以后,一直沒有人發(fā)現(xiàn)電磁波。而能否證明有電磁波存在,是檢驗(yàn)麥克斯韋理論的關(guān)鍵。因此許多物理學(xué)家都抱著懷疑態(tài)度。就連從前熱情鼓勵(lì)麥克斯韋的威廉·湯姆生,也不敢肯定麥克斯韋的預(yù)言是否可靠。
麥克斯韋的電磁理論,在物理學(xué)上有劃時(shí)代的意義。遺憾的是,麥克斯韋本人沒有能夠證實(shí)自己的理論(在一定程度上可以說是“沒有去證實(shí)”)。這有客觀原因,也有主觀原因。由于環(huán)境和工作條件的限制,麥克斯韋一直沒有更多的機(jī)會(huì)從事電磁實(shí)驗(yàn)。熱力學(xué)和分子物理學(xué)的研究,耗去了他大部分時(shí)間和精力。再有,他主要是個(gè)理論物理學(xué)家。就像他的學(xué)生弗萊明(1849~1945)后來所說的那樣,“他從理論上預(yù)言了電磁波的存在,但是好像從來沒有想到過要用什么實(shí)驗(yàn)去證明它。”法拉第一輩子都沒有離開過實(shí)驗(yàn),可以說沒有實(shí)驗(yàn)就沒有法拉第。麥克斯韋恰好相反,他只是在倫敦的5年里進(jìn)行了一些有限的實(shí)驗(yàn),而且多半是氣體動(dòng)力學(xué)方面的。他的寓所,靠近屋頂?shù)牡胤接幸婚g狹長(zhǎng)的閣樓,那就是他的實(shí)驗(yàn)室。他的妻子常常給他當(dāng)助手,生火爐,調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度,條件相當(dāng)簡(jiǎn)陋。后來在皇家學(xué)院實(shí)驗(yàn)室里,他作過一些電學(xué)實(shí)驗(yàn),也多只是測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)電阻這一類工作。《電磁學(xué)通論》完成以后,麥克斯韋忙著籌建卡文迪許實(shí)驗(yàn)室,整理卡文迪許 (1731~1810)的遺著。
由于以上這些原因,電磁理論問世以后,在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里沒有得到承認(rèn)。最初只有劍橋大學(xué)的一些青年物理學(xué)家支持它。許多人,包括一批有威望的科學(xué)家,對(duì)還沒有被證明的新理論,都采取觀望態(tài)度。勞厄(1879~1960)在《物理學(xué)史》中曾經(jīng)這樣評(píng)論說:“盡管麥克斯韋理論具有內(nèi)在的完美性,并且和一切經(jīng)驗(yàn)相符合,但是只能逐漸地被物理學(xué)家們接受。它的思想太不平常了,甚至像赫爾姆霍茨和波爾茨曼(1844~1906)這樣有異常才能的人,為了理解它也花了幾年的力氣。”
幾個(gè)春秋過去了。麥克斯韋把他的心血默默地獻(xiàn)給了卡文迪許實(shí)驗(yàn)室。這座實(shí)驗(yàn)室在1872年破土,到1874年完工。修建經(jīng)費(fèi)是一位鼓勵(lì)科學(xué)的公爵捐贈(zèng)的。為了增添儀器,麥克斯韋也拿出了自己不多的積蓄。在整個(gè)籌建過程中,從設(shè)計(jì)、施工、儀器購(gòu)置,直到大門上的題詞,麥克斯韋都親自過問。它是實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)建人,也是第一任主任。后來相繼接替他的是瑞利(1842~1919)和約瑟夫·湯姆遜,湯姆遜以后是盧瑟福(1871~1937),他們都是世界第一流的物理學(xué)家。這座實(shí)驗(yàn)室開花結(jié)果的時(shí)期在20世紀(jì)。大批優(yōu)秀的科學(xué)人才,尤其是原子能物理方面的人才,都是從這里培養(yǎng)出來的。
麥克斯韋最后幾年的主要工作,是整理卡文迪許留下的大量資料。這項(xiàng)由公爵委托給他的任務(wù),工作相當(dāng)繁重??ㄎ牡显S是18世紀(jì)一位性情怪僻的英國(guó)著名物理學(xué)家和化學(xué)家。他曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)氫氣,確實(shí)水的化學(xué)組成,第一個(gè)計(jì)算地球的質(zhì)量,在靜電學(xué)上也很有研究。他終身未娶,為人靦腆,喜歡離群索居,死后留下二十多扎沒有發(fā)表的科學(xué)手稿,大多涉及數(shù)學(xué)和電學(xué),其中不少很有價(jià)值的東西埋沒了幾乎半個(gè)世紀(jì)。整理這些資料是一件非常細(xì)致而困難的工作,麥克斯韋為了完成這項(xiàng)工作,作出了很大的犧牲:他放棄了自己的研究,耗盡了精力。
除了卡文迪許實(shí)驗(yàn)室的日常事務(wù)以外,麥克斯韋每學(xué)期都要主講一門課,內(nèi)容是電磁學(xué)或者熱力學(xué)。他在講臺(tái)上熱心地宣傳電磁理論,推廣新學(xué)說。可惜聽眾不多。他本來就不善于講演,更何況電磁理論是那樣的高深,同傳統(tǒng)的物理學(xué)大相徑庭呢!1878年5月,他舉行了一次有關(guān)電話的科普講演。電話當(dāng)時(shí)還是新事物,剛剛破土而出。1875年貝爾發(fā)明電話,第二年取得專利,1877年愛迪生公布阻抗式送話器。這些人類電信史上的新發(fā)明,引起了麥克斯韋莫大的興趣??赡?,他當(dāng)時(shí)已經(jīng)預(yù)感到,他的理論總有一天會(huì)給這些發(fā)明插上雙翅,傳遍全球。
麥克斯韋后期的生活充滿了煩惱。他的學(xué)說沒有人理解,妻子又久病不愈。這雙重的不幸,壓得他精疲力盡。妻子生病以后,整個(gè)家庭生活的秩序都亂了。麥克斯韋對(duì)妻子一向體貼入微,為了看護(hù)妻子,他曾經(jīng)整整三個(gè)星期沒有在床上睡過覺。盡管這樣,他的講演,他的實(shí)驗(yàn)室工作,卻從來沒有中斷過。過分的焦慮和勞累,終于損害了他的健康。同事們注意到這位無私的科學(xué)家在漸漸地消瘦下去,面色也越來越蒼白。但是,他還是那樣頑強(qiáng)地工作。
1879年是麥克斯韋生命的最后一年。這一年的春天來得很晚,也格外冷。他的健康明顯惡化,但是他仍然堅(jiān)持不懈地宣傳電磁理論。這時(shí),他的講座只有兩個(gè)聽眾。一個(gè)是美國(guó)來的研究生,另一個(gè)就是后來發(fā)明電子管的弗萊明。這是一幕多么令人感嘆的情景??!空曠的階梯教室里,只在頭排坐著兩個(gè)學(xué)生。麥克斯韋夾著講義,照樣步履堅(jiān)定地走上講臺(tái),他面孔消瘦,目光閃爍,表情嚴(yán)肅而莊重。仿佛他不是在向兩個(gè)聽眾,而是在向全世界解釋自己的理論。
1879年11月5日,麥克斯韋患癌癥去世,終年只有49歲。物理學(xué)史上一顆可以同牛頓交相輝映的明星隕落了。他正當(dāng)壯年就不幸夭折,這是非??上У摹K睦碚摓榻茖W(xué)技術(shù)開辟了一條嶄新的道路,可是他的功績(jī),在他活著的時(shí)候卻沒有得到人們重視。麥克斯韋的一生,是咤叱風(fēng)云的一生,也是自我犧牲的一生。這位科學(xué)巨匠生前的榮譽(yù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及法拉第,直到他死后許多年,在赫茲證明了電磁波存在以后人們才意識(shí)到,并且公認(rèn)他是“牛頓以后世界上最偉大的數(shù)學(xué)物理學(xué)家”。
麥克斯韋 (1831-1879)。麥克斯韋是繼法拉第之后,集電磁學(xué)大成的偉大科學(xué)家。他依據(jù)庫侖、高斯、歐姆、安培、畢奧、薩伐爾、法拉第等前人的一系列發(fā)現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)成果,建立了第一個(gè)完整的電磁理論體系,不僅科學(xué)地預(yù)言了電磁波的存在,而且揭示了光、電、磁現(xiàn)象的本質(zhì)的統(tǒng)一性,完成了物理學(xué)的又一次大綜合。這一理論自然科學(xué)的成果,奠定了現(xiàn)代的電力工業(yè)、電子工業(yè)和無線電工業(yè)的基礎(chǔ)。
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