詹姆斯·克拉克·麥克斯韋簡介

詹姆斯·克拉克·麥克斯韋簡介

公元1831~公元1879

詹姆斯·克拉克·麥克斯韋是偉大的英國物理學家,他由於列出了表達電磁基本定律的四元方程組而聞名於世。在麥克斯韋以前的許多年間,人們就對電和磁這兩個領域進行了廣泛的研究,人們都知道這兩者是密切相關的。適用於特定場合的各種電磁定律已被發現,但是在麥克斯韋之前卻沒有形成完整、統一的學說。麥克斯韋用列出的簡短四元方程組(但卻非常複雜),就可以準確地描繪出電磁場的特性及其相互作用的關係。這樣他就把混亂紛紜的現象歸納成為一種統一完整的學說。麥克斯韋方程在理論和套用科學上都已經廣泛套用一個世紀了。

麥克斯韋方程的最大優點在於它的通用性,它在任何情況下都可以套用。在此以前所有的電磁定律都可由麥克斯韋方程推導出來,許多從前沒能解決的未知數也能從方程推導過程中尋出答案。

這些新成果中最重要的是由麥克斯韋自己推導出來的。根據他的方程可以證明出電磁場的周期振盪的存在。這種振盪叫電磁波,一旦發出就會通過空間向外傳播。根據方程,麥克斯韋就可以表達出電磁波的速度接近300000公里(186000英里)/秒,麥克斯韋認識到這同所測到的光速是一樣的。由此他得出光本身是由電磁波構成的這一正確結論。

因此,麥克斯韋方程不僅是電磁學的基本定律,也是光學的基本定律。的確如此,所有先前已知的光學定律可以由方程導出,許多先前未發現的事實和關係也可由方程導出。

可見光並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論後來被海因利茨·赫茲公開演示證明了。赫茲不僅生產出而且檢驗出了麥克斯韋預言存在的不可見光波。幾年以後,伽格利耶爾摩·馬可尼證明這些不可見光波可以用於無線電通訊,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。

雖然麥克斯韋成名主要是在於他對電磁學和光學做出的巨大貢獻,但是他對許多其它學科也做出了重要的貢獻,其中包括天文學和熱力學。他的特殊興趣之一是氣體運動學。麥克斯韋認識到並非所有的氣體分子都按同一速度運動。有些分子運動慢,有些分子運動快,有些以極高速度運動。麥克斯韋推導出了求已知氣體中的分子按某一速度運動的百分比公式,這個公式叫做“麥克斯韋分散式”,是套用最廣泛的科學公式之一,在許多物理分支中起著重要的作用。

麥克斯韋1831年生於蘇格蘭愛丁堡。他的智力發育格外早,年僅十五歲時,就向愛丁堡皇家學院遞交了一份科研論文。他就讀於愛丁堡大學,畢業於劍橋大學。他成年時期的大部分時光是在大學裡當教授,最後是在劍橋大學任教。他結過婚,但沒有孩子。一般認為麥克斯韋是從牛頓到愛因斯坦這一整個階段中最偉大的理論物理學家。1879年他在臨近48歲生日之際因病與世長辭。他光輝的生涯就這樣過早地結束了。