登陆注册
6738000000004

第4章 麦克斯韦超越时代的伟大与不幸

卡文迪什实验室在筹建期间,剑桥人最关心的就是由谁来担任它的第一任教授。当时有许多热门人选,但最终宣布的人选却令很多人大失所望,因为新教授是当时还鲜为人知的麦克斯韦。

麦克斯韦是电磁学的奠基人,而在他接受任命的时候,他那部跨时代的电磁学着作《电学与磁学论》还没有出版,人们对他缺乏了解。但事实证明,当年剑桥大学的选择是极其正确的,正是麦克斯韦用他的激情与智慧,为卡文迪什实验室的百年辉煌打下了坚实的基础。

麦克斯韦出生在苏格兰古都爱丁堡。他的父亲是个热衷于建筑设计的工程师。有一次,他在桌上摆了一瓶花,教儿子写生。过了一会儿,小麦克斯韦把他的“作品”交了上来。父亲接过来一看,不由得吃了一惊,只见纸上画满了几何图形,大大小小的圆圈是花朵,长长短短的三角形是叶子,那个大大的梯型是花瓶。父亲断定儿子是个数学天才,就开始教他学习几何、代数。

麦克斯韦的确是个天才。他还没满15岁,就写出了一篇数学论文,发表在《爱丁堡皇家学会学报》上。这篇论文讨论的是二次曲线的几何作图。据说这个问题当时只有大数学家笛卡儿研究过,而麦克斯韦的方法要比笛卡儿的方法还要简便。1846年4月,这篇论文将拿到苏格兰皇家学会上宣读。通常宣读论文的都是作者本人,但主办者考虑到麦克斯韦的年龄太小了,才由一位教授代为宣读。

1847年秋天,麦克斯韦考进了苏格兰最高学府爱丁堡大学,专门攻读数学和物理学。他是班上年纪最小的学生,座位在最前排,但考试成绩总是名列前茅,而且还能发现老师在讲课中出现的错误。有一次,一位讲师正在讲课,麦克斯韦忽然举起手来,说讲师讲的公式有错误。那个讲师很自信,反过来挖苦他说:“如果你是对了,那我就把它叫做麦氏公式!”事后,那位讲师做了验算,果然是自己讲错了。为了进一步深造,在征得了父亲的同意后,麦克斯韦于1850年离开了爱丁堡大学,转到了人才辈出的剑桥大学学习。

麦克斯韦进入剑桥大学的第二年,就获得了奖学金。当时的大学生大多数都是自费,获得奖学金的总是那些最勤奋的学生。尽管麦克斯韦是个奇才,在学习方法上却有问题。他读书如饥似渴,却不讲究系统性,碰到什么就读什么,漫无边际,像一个性急的猎手。

幸运的是,有个偶然的机会,麦克斯韦遇上了剑桥大学著名的数学家霍普金斯。有一天,霍普金斯到图书馆借书,他要的一本数学专着恰巧被人借去了。

这本专着一般人是读不懂的,霍普金斯教授有些诧异,便向管理员询问借书人的名字,管理员就把麦克斯韦这个名字告诉了他。

霍普金斯在图书馆里找到了麦克斯韦,看见他正在埋头做摘抄,笔记上涂得乱七八糟。霍普金斯半认真半开玩笑地对他说:“小伙子,如果没有秩序,你永远成不了优秀的数学物理学家!”从这以后,麦克斯韦成了霍普金斯的研究生。在霍普金斯的指导下,麦克斯韦不仅在运用数学方法解决物理问题方面突飞猛进,学习方法也有了很大改进。

麦克斯韦以数学优等第二名的成绩毕业后,就留在剑桥大学工作。当时,很多理论物理学家都不承认法拉第的学说,这主要是因为法拉第的数学功夫不够,他的很多创见都是用直观形式表达出来的。麦克斯韦毕业后的第二年就发表了《论法拉第的力线》,这表明他接过了法拉第点燃的火炬,开始向电磁领域的纵深挺进。就在这时候,他接到一封家信。

这是他年老体弱的父亲请别人代写的。麦克斯韦读过信后,得知父亲健康状况恶化,突然病倒在床,心里十分难过。

为了能就近照顾父亲,麦克斯韦离开了剑桥大学,来到离家不远的马锐斯凯尔学院任教。麦克斯韦平时就养成了语速极快的说话习惯,说起话来好像机关枪扫射一般。他第一次登台讲课,还是改不了这个习惯,一节课的内容半节课就讲完了。他见学生们没有听懂,就再讲一遍,可是学生们的思维还是跟不上他的舌头。

学生们的不满很快就被转达给了麦克斯韦,他决心改掉自己的毛病。于是,每天一大早,他就夹着讲义,独自来到校园的小花园里,对着一棵高大的刺玫瑰练习讲演。

经过一段时间的努力,麦克斯韦的语速变慢了,再也没有学生反映听不懂他讲课了。

转眼间四个年头过去了,马锐斯凯尔学院与其他学院合并了,麦克斯韦主持的讲座也被取消了。28岁的麦克斯韦离开阿伯丁,到伦敦国王学院任教。

麦克斯韦来到伦敦后,特地前去拜访法拉第。这一年法拉第已是70岁高龄,麦克斯韦比他年轻40岁。他同麦克斯韦一见如故,亲切地交谈起来。当谈到麦克斯韦写的那篇论文时,法拉第高兴地说:“当我知道你把数学用到了这里来,我几乎吓坏了。但我惊讶地看到,你处理得很好啊!”

“先生能给我指出论文的缺点吗?”麦克斯韦腼腆地说。

“这是一篇出色的文章,”法拉第想了想又说,“可是你不应当停留在用数学来解释我的观点,而应该突破它。”

法拉第的话像一盏明灯,照亮了麦克斯韦去攀登经典电磁理论的顶峰。1862年,麦克斯韦发表了他的第二篇电磁学论文《论物理学的力线》。

在这篇论文中,麦克斯韦引进了“位移电流”的概念。根据这个科学假设,麦克斯韦推导出了两个高度抽象的微分方程式,这就是着名的麦克斯韦方程式。这组方程式从两方面发展了法拉第的成就:一是不但变化着的磁场能产生电场,变化着的电场也能产生磁场;二是完满地解释了电磁感应现象,凡是有磁场变化的地方,它的周围不管是导体还是电介质,都有感应电场存在。经过麦克斯韦创造性的总结,电磁现象的规律终于被他用不可动摇的数学形式揭示了出来。电磁学到这时才开始成为一种科学的理论。

1865年,麦克斯韦发表了第三篇电磁学论文《电磁场动力学》。在这篇论文中,他大胆地断定,光也是一种电磁波。法拉第关于光的电磁理论的朦胧猜想,由麦克斯韦变成了科学的理论。

1873年,麦克斯韦的电磁理论的经典着作《电磁学通论》问世。电磁理论的宏伟大厦,经过几代人的努力,终于巍然矗立起来了。麦克斯韦的朋友、同行和学生对这部着作期待已久,将它的第一版一抢而空,但真正能读懂的人却寥寥无几。

麦克斯韦晚年的生活充满了烦恼,妻子久病不愈牵扯了他的大量精力,他的学说无人理解,更让他感到心焦,但他仍然坚持不懈地宣传电磁理论。麦克斯韦每学期都要主讲一门课,内容是电磁学或者热力学。他本来就不善于讲演,再加上电磁理论深奥难懂,他的听众越来越少。到了1879年春天,他的讲座只剩下两个听众。一个是美国来的研究生,另一个就是后来发明了电子管的物理学家弗莱明。

面对着空荡荡的教室,麦克斯韦侧过身来向那两名学生问道:“你们为什么不走呢?”弗莱明恭敬地站起来,回答道:“先生的理论我能听懂,太完美了!”麦克斯韦笑了笑,翻开讲义,像往常一样一丝不苟地开始讲课……1879年11月5日,麦克斯韦患癌症去世,终年49岁。这位科学巨匠活着的时候并没有得到应有的重视,更没有获得应有的荣誉,直到他死后许多年,赫兹证明了电磁波存在,人们才公认他为“牛顿以后世界上最伟大的数学物理学家”。

科学家逸闻

麦克斯韦的默默贡献

卡文迪什去世后,他的侄子齐治把卡文迪什遗留下的20捆实验笔记完好地放进了书橱里,谁知这一放就是70年。直到1871年,麦克斯韦才见到了这些凝结了一代科学大师毕生智慧和心血的笔记。麦克斯韦仔细阅读了这些手稿后,不禁大惊失色,连声感叹道:“卡文迪什也许是有史以来最伟大的实验物理学家,他几乎预料到电学上的所有伟大事实。”

于是,麦克斯韦决定暂且中止自己的一些研究课题,全心全意地整理这些手稿。卡文迪什的伟大思想因此得以流传下来,也成就了科学史上的一段佳话。

科学家逸闻

麦克斯韦的爱好

麦克斯韦从中学时代起喜欢玩陀螺。这种陀螺与中国儿童玩的那种陀螺很相似,玩的时候要用绳子不断地抽打,陀螺就会不停地在地上旋转。麦克斯韦一生都爱玩陀螺,还教他的许多朋友玩过。他的另一个爱好是玩一种叫活动画筒的玩具。从麦克斯韦的爱好看,他似乎有些孩子气。其实,麦克斯韦玩玩具并不单纯是为了娱乐,而是为了探索科学道理。这两种玩具的原理,后来都被他应用到科学上去了。

同类推荐
  • 戴高乐 巴顿 (中外名人的青少年时代丛书)

    戴高乐 巴顿 (中外名人的青少年时代丛书)

    《戴高乐巴顿》对戴高乐、巴顿家世、家教、兴趣爱好以及对其一生有影响的人和事等着墨颇多,尤其探究了本人之所以成功的主客观因素,希望可以对成长中、探索中的青少年会有所裨益。
  • 中国古代哲学的总结者:王夫之

    中国古代哲学的总结者:王夫之

    王夫之,中国朴素唯物主义思想的集大成者,与黄宗羲、顾炎武并称为明末清初的三大思想家。王夫之晚年居南岳衡山下的石船山,著书立说,故世称其为“船山先生”。王夫之一生著述甚丰,其中以《读通鉴论》、《宋论》为其代表之作。晚清重臣曾国藩极为推崇王船山及其著作,曾于金陵大批刊刻《船山遗书》,使王夫之的著作得以广为流传。近代湖湘文化的代表人物毛泽东、谭嗣同等皆深受船山思想之熏陶。王夫之一生主张经世致用的思想,坚决反对程朱理学,自谓:“六经责我开生面,七尺从天乞活埋”。《中国文化知识读本·中国古代哲学的总结者:王夫之》以优美生动的文字、简明通俗的语言、图文并茂的形式,介绍王夫之的有关内容。
  • 明清的那些皇子

    明清的那些皇子

    本书以传略的形式,选取明清时期有影响力的皇太子,描摹当时波澜壮阔的重大社会背景,再现他们宫廷争斗的历史片段。
  • 忧乐天下:范仲淹传

    忧乐天下:范仲淹传

    范仲淹是北宋著名的政治家和文学家,他有两句重要的格言:一是“先天下之忧而忧,后天下之乐而乐”;二是“为官公罪不可无,私罪不可有”。至今仍有重要警示意义。后一句做官必须坚持原则,不怕得罪皇帝和上级,不怕得“公罪”,但务求清白,决不能贪赃枉法之类。本传系统叙述范仲淹生平,赞扬其高尚人格,又细致分析《岳阳楼记》等文学成就,文字也较为生动。——文史专家王曾瑜作者在颇具把控力的激情叙述下,将范仲淹跌宕起伏的人生经历及精神境界给予真实深入的文学再现。为避免写成“资料开会”,作者追寻传主一生的踪迹,历9省市29地现场采访,力求穿越时空与传主进行心灵对话,独特感受与深切认知尽在字里行间。
  • 中国大文学家的故事

    中国大文学家的故事

    中华民族是一个有悠久历史的文明古国,在这个漫漫的历史长河中,为了中华民族的发展和兴旺,一批批优秀人物前赴后继,不懈努力,才换来了我们今天的幸福生活。
热门推荐
  • 咪神幻想路

    咪神幻想路

    如果有机会我想对我最爱的她说:我爱你我没有说出口,但是我做到了。如果再给我一个机会,我绝对不会再招惹你。我想没有你我一定过得更好,但你没有我呢?可是,如果不站在世界之巅又如何保护你呢?可在一个没有干爹,没有后台的世界,猪脚该如何崛起呢?
  • 魂归中华

    魂归中华

    十年遭受冷眼,只为中华安危!当初血洒神州,我亦问心无愧!生为中国人,死为中国魂。若有魂归日,化作神州门!
  • 神秘王妃痴情王

    神秘王妃痴情王

    “是我该离开他的时候。”她说。“舍得吗”命运之神问。“舍不舍得,我都得离开,我得去承担我应该的承担的责任。”她含泪而言。“可是这一去,就再也不会回来了。你想好了吗?”命运之神语重心长的说。“想好了,他的身边不需要我的存在。他会幸福的”“没有你的生活,何来幸福可言”他的声音传来。
  • 本草便读

    本草便读

    本书为公版书,为不受著作权法限制的作家、艺术家及其它人士发布的作品,供广大读者阅读交流。
  • 王牌契约师

    王牌契约师

    不知自身是叛逆死神”孤“后裔的男孩被关四大禁狱之“青铜”,青铜少主夺权游戏下毁灭掉“青铜”禁狱,并且偶然之下释放了男孩。此事过后多年,“青铜”重建,青铜少主进军其他世间。与此同时,人类丧尸世界中身为贫民区学员的猪脚少非言偶遇被“蒙客”组织追杀的少女欣灵儿,获得能够开启一切门的“清钥”,身边莫名多了一位叫衰小鬼的军师。之后与校领导兼职小道士的修和的相遇,故事就此展开。即便废材、愚笨,却在经过感情的打击,神秘衰小鬼的指导,一次又一次的临近死亡下,逐步强大,即便一个人孤独的站在巅峰,也要活得逍遥,成为王牌。
  • 深渊焚魁

    深渊焚魁

    他是穿越界的耻辱!修真界的奇葩!初到异界,少年如何一步步登入绝巅,寻找日月星辰,人类起源,因果循环的奥秘!
  • tfboys之我只属于你

    tfboys之我只属于你

    她已经陷入他的陷阱,再也无法逃脱,可是这条路上有种种困难,她究竟坚持的下去吗?
  • 萌萌哒:首席的亿万娇妻

    萌萌哒:首席的亿万娇妻

    叶雨曦拥有一个强大的后援团,而有一位想追她的总裁却一直无法追,因为她那强大的后援团,好像搞那么一丁点的小动作就要被后援团发现,好纠结好纠结呀!怎样才能把心爱的女孩子追到手呢?“叶雨曦,嫁给我,我喜欢你很久很久了。”那位冷脸总裁容光焕发地笑道,一脸的真诚,“我愿意,不过,还要问问我的后援团伙伴呢!”转过身向那强大的后援团,“不好意思,您的诚意不够,所以不够迎娶叶雨曦小姐。”送她一栋洋房及所有游艇,几座私人岛。“太浮夸,不行。”失败。
  • 凤崛起兮

    凤崛起兮

    靠!不就是勾引了姐姐的未婚夫嘛!然后姐姐就极度愤怒地把她杀了?!好吧,楚青蕊承认自己真是倒霉透了。她是叶家最不成器的庶女,备受欺凌,在叶府过着与狗抢饭的日子,连一个下人都可以踩在她头上肆意妄为!尼玛!原来这是一个草根庶女!她是21世纪的顶尖杀手,人称“毒蝎”的克格勃高级特工。当杀手穿到废柴身上,看她如何笑看风云,祸乱江山!她说,如果全天下的人都与你为敌,那我也会毫不犹豫与天下人为敌。她说,如果你有事,那我便让这天下的人,都给你陪葬!他是弱不经风的嫡子,同样和她一样废柴。且看废柴双双联手,共同谱写这场盛世华章!
  • 山神问道

    山神问道

    平凡少年意外获得山神传承,得以接触这个世界不为人知的另一面,成为一个隐秘的修行者,一面混迹于都市之中,一面竭力经营自己的灵山福地,应付天使巡查。然而,事情远没有他想的那么简单,他之所以成为山神,本就是一个阴谋,成为了上任山神的替罪羔羊。而这个小阴谋之后还有更大的阴谋,地球之上依附有大量的世外之地,中华胜土有钧天、玄天、苍天等诸多小天界,印度有婆娑天,婆罗天等许多小世界,北欧有世界树,盘蛇天,西欧有奥林匹斯山,这诸多世外之地遭遇史无前例的危机,妄图毁灭地球,建立一个永久的大世界。叶开作为一个小小的山神,竟意外的承担起拯救世界的重任……