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在光学的千年发展史中,麦克斯韦被普遍认为是

2019-11-07 00:25栏目:历史人物
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中文名:詹姆斯·克拉克·麦克斯韦

麦克斯韦生前没有享受到他应得的荣誉,因为他的科学思想和科学方法的重要意义直到20世纪科学革命来临时才充分体现出来。然而他没能看到科学革命的发生。1879年11月5日,麦克斯韦因病在剑桥逝世,年仅48岁。那一年正好爱因斯坦出生。

麦克斯韦为了把电磁场理论由介质推广到空间,假设在空间存在一种动力学以太,它有一定的密度,具有能量和动量:它的动能体现磁的性质,势能体现电的性质,它的动量是电磁最基本的量,表示电磁场的运动性质和传力的特征。麦克斯韦在这个基础上提出了一共包含20个变数的20个方程式,即著名的麦克斯韦方程组。奥利弗·赫维赛德和约西亚·吉布斯于1884年以向量分析的形式重新构建了该方程组,其微分形式为

代表作品:《电磁学通论》、《论电和磁》

1850年转入剑桥大学三一学院数学系学习,1854年以第二名的成绩获史密斯奖学金,毕业留校任职两年。1856年在苏格兰阿伯丁的马里沙耳任自然哲学教授。1860年到伦敦国王学院任自然哲学和天文学教授。1861年选为伦敦皇家学会会员。1865年春辞去教职回到家乡系统地总结他的关于电磁学的研究成果,完成了电磁场理论的经典巨着《论电和磁》,并于1873年出版。

随后,麦克斯韦辞去了皇家学院的工作,回到家乡格伦莱庄园专心写书。在1873年出版了他的电磁学专著《电磁学通论》。在这本著作中,麦克斯韦系统地总结了19世纪中叶前后,库仑、安培、奥斯特、法拉第和他本人对电磁现象的研究成果,建立了完整的电磁理论。这部钜著有著划时代的历史意义,可与牛顿的《自然哲学的数学原理》、达尔文的《物种起源》相提并论。从库仑、安培、奥斯特,经法拉第、汤姆孙最后到麦克斯韦,通过几代人的不懈努力,电磁理论的巨集伟大厦,终于建立起来。

出生地:爱丁堡

麦克斯韦的电学研究始于1854年,当时他刚从剑桥毕业不过几星期。他读到了法拉第的《电学实验研究》,立即被书中新颖的实验和见解吸引住了。在当时人们对法拉第的观点和理论看法不一,有不少非议。最主要原因就是当时“超距作用”的传统观念影响很深。另一方面的原因就是法拉第的理论的严谨性还不够。

电磁理论研究

提出了光的电磁说。

在爱丁堡大学,麦克斯韦获得了攀登科学高峰所必备的基础训练。其中两个人对他影响最深,一是物理学家和登山家福布斯,一是逻辑学和形而上学教授哈密顿。福布斯是一个实验家,他培养了麦克斯韦对实验技术的浓厚兴趣,一个从事理论物理的人很难有这种兴趣。

从1861~1862年,麦克斯韦在英国的《哲学杂志》上分四部分发表了他的第二篇电磁学论文《论物理力线》,比第一篇有了质的飞跃。麦克斯韦认识到类比方法固然可以抽象出来各种物理现象之间的共性,能迅速地推汇出电磁场的一般规律,却忽略了物理现象自身的特性。换句话说,电磁现象有别于流体力学现象,就是电与磁也各自存在独特的性质。

创立了经典电动力学

1847年进入爱丁堡大学学习数学和物理,毕业于剑桥大学。他成年时期的大部分时光是在大学里当教授,最后是在剑桥大学任教。1873年出版的《论电和磁》,也被尊为继牛顿《自然哲学的数学原理》之后的一部最重要的物理学经典。麦克斯韦被普遍认为是对物理学最有影响力的物理学家之一。没有电磁学就没有现代电工学,也就不可能有现代文明。

麦克斯韦在剑桥求学期间读到了法拉第的《电学实验研究》,深深地为法拉第的思想所吸纳,但同时也看到了法拉第在定量表述上的缺陷。而麦克斯韦本人数学非常好,获得过三一学院数学竞赛奖和斯密思数学奖。抱着给法拉第的理论「提供数学方法基础」的愿望,麦克斯韦下定决心将法拉第的天才思想以清晰准确的数学形式表示出来。

创建英国第一个专门的物理实验室

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2015年距离阿拉伯学者海什木的5卷本光学著作诞生恰好1000年。为了纪念千年来人类在光学领域的重大发现,尤其是光技术在世界各国的能源、工农业生产和医疗卫生等领域中所占的举足轻重的地位,联合国大会决定将2015年定为「光和光基技术国际年」。

外文名:James Clerk Maxwell

1865年开始,麦克斯韦辞去了皇家学院的教席,开始潜心进行科学研究,系统地总结研究成果,撰写电磁学专着。

通过这个理论,麦克斯韦把电、磁完美的统一起来,并且把光也包括了进来。麦克斯韦逝世9年后的1888年,德国物理学家赫兹用实验验证了电磁波的存在,电磁场理论取得了决定性胜利。在近代科学史上,这是继牛顿统一物体相互作用和运动规律以后实现的第二次物理学大综合,深刻地影响了人们对物质世界的认识。同时实现了从对称美到统一美,也是美学在物理上的重大成果。

预言了电磁波的存在

1846年智力发育格外早的麦克斯韦就向爱丁堡皇家学院递交了一份科研论文。1847年16岁中学毕业,进入爱丁堡大学学习。这里是苏格兰的最高学府。他是班上年纪最小的学生,但考试成绩却总是名列前茅。他在这里专攻数学物理,并且显示出非凡的才华。他读书非常用功,但并非死读书,在学习之余他仍然写诗,不知满足地读课外书,积累了相当广泛的知识。

在光学的千年发展史中,麦克斯韦创立的电磁场理论无疑是一座难以逾越的高峰。没有电磁学就没有现代光学、电工学、电子学,就不大概有电气化和通讯技术,也就不大概有现代文明。

建立了麦克斯韦方程组

一般认为麦克斯韦是从牛顿到爱因斯坦这一整个阶段中最伟大的理论物理学家。1879年他在48岁时因病与世长辞。他光辉的生涯就这样过早地结束了。

把公式中的E和B互换,得到,

国 籍:英国

1820年,奥斯特发现的电磁现象马上成了这种新趋势的第一个证明和极为有力的推动力,但当时的人又对此捉摸不定和感到困惑。奥斯特所观察到的电流与磁体间的作用有两个基本点不同于已知的现象:它是由运动的电显示出来的,而且磁体既不被引向带电流的金属线,也不被它推开,而是对于它横向定位。

从物理内容上看,麦克斯韦方程组揭示了现实物理世界的对称美。在电流不连续的区域,麦克斯韦方程组引入了「位移电流」的概念,它和涡旋电场这两个物理概念是完全对称的。涡旋电场代表变化的磁场产生电场,位移电流的本质则是变化的电场产生磁场。两个假设使电场和磁场的地位完全对等;完善的对称性决定了变化的电场和磁场可以相互转化,致使电场和磁场二者相互交织、结合成统一的电磁场整体。这个理论在科学史上具有重要意义,即预言了电磁波的存在——交变的电场和磁场相互激发,以横波的形式在空间传播,这就是电磁波。

詹姆斯·克拉克·麦克斯韦–英国物理学家、数学家

1846年智力发育格外早的麦克斯韦就向爱丁堡皇家学院递交了一份科研论文。1847年16岁中学毕业,进入爱丁堡大学学习。这里是苏格兰的最高学府。他是班上年纪最小的学生,但考试成绩却总是名列前茅。他在这里专攻数学物理,并且显示出非凡的才华。他读书非常用功,但并非死读书,在学习之余他仍然写诗,不知满足地读课外书,积累了相当广泛的知识。在爱丁堡大学,麦克斯韦获得了攀登科学高峰所必备的基础训练。其中两个人对他影响最深,一是物理学家和登山家福布斯,一是逻辑学和形而上学教授哈密顿。福布斯是一个实验家,他培养了麦克斯韦对实验技术的浓厚兴趣,一个从事理论物理的人很难有这种兴趣。他强制麦克斯韦写作要条理清楚,并把自己对科学史的爱好传给麦克斯韦。哈密顿教授则用广博的学识影响着他,并用出色的怪异的批评能力刺激麦克斯韦去研究基础问题。在这些有真才实学的人的影响下,加上麦克斯韦个人的天才和努力,麦克斯韦的学识一天天进步,他用三年时间就完成了四年的学业,相形之下,爱丁堡大学这个摇篮已经不能满足麦克斯韦的求知欲。

1850年,他征得了父亲的同意,离开爱丁堡,到人才济济的剑桥去求学。赫兹是德国的一位青年物理学家,麦克斯韦的《电磁学通论》发表之时,他只16岁。在当时的德国,人们依然固守着牛顿的传统物理学观念,法拉第、麦克斯韦的理论对物质世界进行了崭新的描绘,但是违背了传统,因此在德国等欧洲中心地带毫无立足之地,甚而被当成奇谈怪论。当时支持电磁理论研究的,只有波尔茨曼和赫尔姆霍茨。赫兹后来成了赫姆霍茨的学生。在老师的影响下,赫兹对电磁学进行了深入的研究,在进行了物理事实的比较后,他确认,麦克斯韦的理论比传统的“超距理论”更令人信服。于是他决定用实验来证实这一点。

1886年,赫兹经过反复实验,发明了一种电波环,用这种电波环作了一系列的实验,终于在1888年发现了人们怀疑和期待已久的电磁波。赫兹的实验公布后,轰动了全世界的科学界,由法拉第开创、麦克斯韦总结的电磁理论,至此取得了决定性的胜利。麦克斯韦的伟大遗愿终于实现了。

1850年转入剑桥大学三一学院数学系学习,1854年以第二名的成绩获史密斯奖学金,毕业留校任职两年。1856年在苏格兰阿伯丁的马里沙耳任自然哲学教授。1860年到伦敦国王学院任自然哲学和天文学教授。1861年选为伦敦皇家学会会员。1865年春辞去教职回到家乡系统地总结他的关于电磁学的研究成果,完成了电磁场理论的经典巨著《论电和磁》,并于1873年出版。

1871年受聘为剑桥大学新设立的卡文迪什试验物理学教授,负责筹建著名的卡文迪什实验室。

1874年建成后担任这个实验室的第一任主任,直到1879年11月5日在剑桥逝世。

回顾电磁学的历史,物理学的历程一直到1820年的时候都是以牛顿的物理学思想为基础的。自然界的“力”——热、电、光、磁以及化学作用正在被逐渐归结为一系列流体的粒子间的瞬时吸引或排斥。人们已经知道磁和静电遵守类似引力定律的平方反比定律。在19世纪以前的40年中,出现了一种反对这种观点的动向,这种观点赞成“力的相关”。1820年,奥斯特发现的电磁现象马上成了这种新趋势的第一个证明和极为有力的推动力,但当时的人又对此捉摸不定和感到困惑。奥斯特所观察到的电流与磁体间的作用有两个基本点不同于已知的现象:它是由运动的电显示出来的,而且磁体既不被引向带电流的金属线,也不被它推开,而是对于它横向定位。同一年,法国科学家安培用数学方法总结了奥斯特的发现,并创立了电动力学,此后,安培和他的追随者们便力图使电磁的作用与有关瞬时的超距作用的现存见解调和起来。

麦克斯韦的电学研究始于1854年,当时他刚从剑桥毕业不过几星期。他读到了法拉第的《电学实验研究》,立即被书中新颖的实验和见解吸引住了。在当时人们对法拉第的观点和理论看法不一,有不少非议。最主要原因就是当时“超距作用”的传统观念影响很深。另一方面的原因就是法拉第的理论的严谨性还不够。法拉第是实验大师,有着常人所不及之处,但唯独欠缺数学功力,所以他的创见都是以直观形式来表达的。一般的物理学家恪守牛顿的物理学理论,对法拉第的学说感到不可思议。有位天文学家曾公开宣称:“谁要在确定的超距作用和模糊不清的力线观念中有所迟疑,那就是对牛顿的亵渎!”在剑桥的学者中,这种分歧也相当明显。汤姆逊也是剑桥里一名很有见识的学者之一。麦克斯韦对他敬佩不已,特意给汤姆逊写信,向他求教有关电学的知识。汤姆逊比麦克斯韦大7岁,对麦克斯韦从事电学研究给予过极大的帮助。在汤姆逊的指导下,麦克斯韦得到启示,相信法拉第的新论中有着不为人所了解的真理。认真地研究了法拉第的著作后,他感受到力线思想的宝贵价值,也看到法拉第在定性表述上的弱点。于是这个刚刚毕业的青年科学家决定用数学来弥补这一点。1855年麦克斯韦发表了第一篇关于电磁学的论文《论法拉第的力线》。

一般认为麦克斯韦是从牛顿到爱因斯坦这一整个阶段中最伟大的理论物理学家。1879年他在48岁时因病与世长辞。他光辉的生涯就这样过早地结束了。

1865年开始,麦克斯韦辞去了皇家学院的教席,开始潜心进行科学研究,系统地总结研究成果,撰写电磁学专著。

麦克斯韦生前没有享受到他应得的荣誉,因为他的科学思想和科学方法的重要意义直到20世纪科学革命来临时才充分体现出来。然而他没能看到科学革命的发生。1879年11月5日,麦克斯韦因病在剑桥逝世,年仅48岁。那一年正好爱因斯坦出生。

法拉第是实验大师,有着常人所不及之处,但唯独欠缺数学功力,所以他的创见都是以直观形式来表达的。一般的物理学家恪守牛顿的物理学理论,对法拉第的学说感到不可思议。

短暂而亮丽的人生

主要成就:

科学研究

除了在电磁学等方面的卓越贡献,麦克斯韦设计并建立的卡文迪什实验室科研效率之惊人,成果之丰硕,举世无双,在鼎盛时期甚至获誉「全世界二分之一的物理学发现都来自卡文迪什实验室。"电子、质子、中子和DNA的发现就是其中的几个典型的案例。

职 业:物理学家,数学家

詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(James Clerk Maxwell,1831〜1879),出生于苏格兰爱丁堡,英国物理学家、数学家。经典电动力学的创始人,统计物理学的奠基人之一。1831年6月13日生于苏格兰爱丁堡,1879年11月5日卒于剑桥。

确立电磁场理论

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