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首頁 世界史 英國數(shù)學(xué)家麥克斯韋簡(jiǎn)介:他如何成為統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的奠基人之一?

英國數(shù)學(xué)家麥克斯韋簡(jiǎn)介:他如何成為統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的奠基人之一?

詹姆斯·克拉克·麥克斯韋(James Clerk Maxwell,1831?1879),出生于蘇格蘭愛丁堡,英國物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家。經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)的創(chuàng)始人,統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的奠基人之一。1831年6月13日生于蘇格蘭愛丁堡,1879年11月5日卒于劍橋。下面知秀網(wǎng)小編就為大家?guī)碓敿?xì)的介紹,一起來看看吧!

1847年進(jìn)入愛丁堡大學(xué)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)和物理,畢業(yè)于劍橋大學(xué)。他成年時(shí)期的大部分時(shí)光是在大學(xué)里當(dāng)教授,最后是在劍橋大學(xué)任教。1873年出版的《論電和磁》,也被尊為繼牛頓《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》之后的一部最重要的物理學(xué)經(jīng)典。麥克斯韋被普遍認(rèn)為是對(duì)物理學(xué)最有影響力的物理學(xué)家之一。沒有電磁學(xué)就沒有現(xiàn)代電工學(xué),也就不可能有現(xiàn)代文明。

麥克斯韋的生平

求學(xué)生涯

1846年智力發(fā)育格外早的麥克斯韋就向愛丁堡皇家學(xué)院遞交了一份科研論文。1847年16歲中學(xué)畢業(yè),進(jìn)入愛丁堡大學(xué)學(xué)習(xí)。這里是蘇格蘭的最高學(xué)府。他是班上年紀(jì)最小的學(xué)生,但考試成績卻總是名列前茅。他在這里專攻數(shù)學(xué)物理,并且顯示出非凡的才華。他讀書非常用功,但并非死讀書,在學(xué)習(xí)之余他仍然寫詩,不知滿足地讀課外書,積累了相當(dāng)廣泛的知識(shí)。

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,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。

科學(xué)研究

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。

電磁情緣

回顧電磁學(xué)的歷史,物理學(xué)的歷程一直到1820年的時(shí)候都是以牛頓的物理學(xué)思想為基礎(chǔ)的。自然界的“力”——熱、電、光、磁以及化學(xué)作用正在被逐漸歸結(jié)為一系列流體的粒子間的瞬時(shí)吸引或排斥。人們已經(jīng)知道磁和靜電遵守類似引力定律的平方反比定律。在19世紀(jì)以前的40年中,出現(xiàn)了一種反對(duì)這種觀點(diǎn)的動(dòng)向,這種觀點(diǎn)贊成“力的相關(guān)”。

1820年,奧斯特發(fā)現(xiàn)的電磁現(xiàn)象馬上成了這種新趨勢(shì)的第一個(gè)證明和極為有力的推動(dòng)力,但當(dāng)時(shí)的人又對(duì)此捉摸不定和感到困惑。奧斯特所觀察到的電流與磁體間的作用有兩個(gè)基本點(diǎn)不同于已知的現(xiàn)象:它是由運(yùn)動(dòng)的電顯示出來的,而且磁體既不被引向帶電流的金屬線,也不被它推開,而是對(duì)于它橫向定位。

同一年,法國科學(xué)家安培用數(shù)學(xué)方法總結(jié)了奧斯特的發(fā)現(xiàn),并創(chuàng)立了電動(dòng)力學(xué),此后,安培和他的追隨者們便力圖使電磁的作用與有關(guān)瞬時(shí)的超距作用的現(xiàn)存見解調(diào)和起來。

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疑,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》。

一般認(rèn)為麥克斯韋是從牛頓到愛因斯坦這一整個(gè)階段中最偉大的理論物理學(xué)家。1879年他在48歲時(shí)因病與世長辭。他光輝的生涯就這樣過早地結(jié)束了。

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。

麥克斯韋生前沒有享受到他應(yīng)得的榮譽(yù),因?yàn)樗目茖W(xué)思想和科學(xué)方法的重要意義直到20世紀(jì)科學(xué)革命來臨時(shí)才充分體現(xiàn)出來。然而他沒能看到科學(xué)革命的發(fā)生。1879年11月5日,麥克斯韋因病在劍橋逝世,年僅48歲。那一年正好愛因斯坦出生。

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