1、麥克斯韋及其電磁場理論的創(chuàng)立,一、 麥克斯韋生平,詹姆斯克拉克麥克斯韋（18311879 ），英國物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家?？茖W(xué)史上，稱牛頓把天上和地上的運動規(guī)律統(tǒng)一起來，是實現(xiàn)第一次大綜合，麥克斯韋把電、光統(tǒng)一起來，是實現(xiàn)第二次大綜合。經(jīng)典電動力學(xué)的創(chuàng)始人，統(tǒng)計物,理學(xué)的奠基人之一。麥克斯韋被普遍認為是對二十世紀最有影響力的十九世紀物理學(xué)家。他對基礎(chǔ)自然科學(xué)的貢獻僅次于牛頓、愛因斯坦。,麥克斯韋1831年6月13日生于英國愛丁堡，18471850年于愛丁堡大學(xué)學(xué)習(xí)。18501854年進入劍橋三一學(xué)院攻讀數(shù)學(xué)。18561860年擔(dān)任阿伯丁郡的馬里查爾學(xué)院教授。1860,1865年在倫敦英皇學(xué)院執(zhí)教，并

2、從事氣體運動理論的研究。1860年成為英國皇家學(xué)會院士。1871年任劍橋大學(xué)教授，創(chuàng)建并領(lǐng)導(dǎo)了英國第一個專門的物理實驗室卡文迪許實驗室。,一、 麥克斯韋生平,麥克斯韋8歲時，母親去世，在父親的誘導(dǎo)下學(xué)習(xí)科學(xué)，16歲時進入愛丁堡大學(xué)，1850年轉(zhuǎn)入劍橋大學(xué)研習(xí)數(shù)學(xué)，1854年以優(yōu)異成績畢業(yè)于該校三一學(xué)院數(shù)學(xué)系，并留校任職。1856年到阿伯丁的馬里沙耳學(xué),院任自然哲學(xué)教授。1860年到倫敦任皇家學(xué)院自然哲學(xué)及天文學(xué)教授。1865年辭去教職還鄉(xiāng)，專心治學(xué)和著述。1871年受聘為劍橋大學(xué)的實驗物理學(xué)教授，負責(zé)籌建該校的第一所物理學(xué)實驗室卡文迪許實驗室，1874年建成后擔(dān)任主任。1879年第11月5日在

3、劍橋逝世，終年只有49歲。,一、 麥克斯韋生平,麥克斯韋的父親約翰是一名不隨流 俗的機械設(shè)計師，他對麥克斯韋的影響非常大。他是長老會教友，但思路開闊，思想敏銳，講求實際，特別能干。家里的事情，不分巨細，他都料理得很好。修繕房屋，,打掃庭院，給孩子們制做玩具，乃至裁剪衣服，他樣樣都能勝任。1847年，麥克斯韋16歲，中學(xué)畢業(yè)，進入愛丁堡大學(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。,一、 麥克斯韋生平,麥克斯韋天資聰穎，學(xué)

4、習(xí)勤奮。在父親的關(guān)心、指導(dǎo)下，他的第一篇科學(xué)論文發(fā)表在愛丁堡皇家學(xué)會學(xué)報上，當(dāng)時還不滿15歲。麥克斯韋認為在大學(xué)卓有成效地學(xué)習(xí)除,了要虛心求師外，還要做到“三用”：用心、用腦和用手。他說，用心需要充滿熱情和愿望，用腦需要深入思考，用手需要巨大勞動去經(jīng)常實踐。,一、 麥克斯韋生平,1847年，進入愛丁堡大學(xué)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)和物理。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。其中兩個人對他影響最深，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。福布斯是一個實驗家，他培養(yǎng)了麥克斯韋對實驗技術(shù)的濃厚興趣，一個從事理論物理的人很難有這種興趣。他強制麥克斯韋寫作要條理清楚，并把自己對

5、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)識影響著他，并用出色的怪異的批評能力刺激麥克斯韋去研究基礎(chǔ)問題。,一、 麥克斯韋生平,在這些有真才實學(xué)的人的影響下，加上麥克斯韋個人的天才和努力，麥克斯韋的學(xué)識一天天進步，他用三年時間就完成了四年的學(xué)業(yè)，相形之下，愛丁堡大學(xué)這個搖籃已經(jīng)不能滿足麥克斯韋的求知欲。為了,進一步深造，1850年，他征得了父親的同意，離開愛丁堡，到人才濟濟的劍橋去三一學(xué)院數(shù)學(xué)系學(xué)習(xí)，經(jīng)著名數(shù)學(xué)家霍普金斯和斯托克斯的指點，很快就掌握了當(dāng)時先進的數(shù)學(xué)理論。這為他以后的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。1854年以第二名的成績獲史密斯獎學(xué)金，畢業(yè)留校任職兩年。該大學(xué)著名教授霍普金斯盛贊麥

6、克斯韋是他教過的出色學(xué)生中最出色的一個。,一、 麥克斯韋生平,1856年至1859年，在蘇格蘭阿伯丁的馬里沙耳大學(xué)任自然哲學(xué)教授。 1860年起任倫敦皇家學(xué)院物理學(xué)和天文學(xué)教授。1861年選為倫敦皇家學(xué)會會員。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)立的卡文迪什試驗物理學(xué)教授，負責(zé)籌建著名的卡文迪什實驗室，1874年建成后擔(dān)任這個實驗室的第一任主任，直到1879年11月5日在劍橋逝世。,一、 麥克斯韋生平,倫敦皇家學(xué)院和劍橋一樣，也是一個閃耀著智慧光芒的地方。偉大的法拉第的科學(xué)生涯就是

7、從這里開始的。在倫敦皇家學(xué)院又促成了麥克斯韋和法拉第的會見。,正是通過這次會見，麥克斯韋到倫敦皇家學(xué)院以后的5年成了他一生中最富有創(chuàng)造性和最富有成果的5年。麥克斯韋不僅對電磁學(xué)理論，而且對經(jīng)典物理學(xué)的其他分支：土星光環(huán)的研究、顏色視覺理論、氣體動理論以及熱力學(xué)和統(tǒng)計物理學(xué)都作出了重要貢獻。,一、 麥克斯韋生平,二、 輝煌業(yè)績,麥克斯韋成名主要是在于他對電磁學(xué)和光學(xué)做出的巨大貢獻，但是他對許多其它學(xué)科也做出了重要的貢獻，其中包括天文學(xué)和熱力學(xué)。麥克斯韋在分子動理論方面的功績也,是不可磨滅的。他運用數(shù)學(xué)統(tǒng)計的方法導(dǎo)出了分子運動的麥克斯韋速度分布律。還研究過土星的光環(huán)和視覺理論，創(chuàng)立了定量色度學(xué)。他

8、負責(zé)建立起來的卡文迪許實驗室，在他和以后幾位主任的領(lǐng)導(dǎo)下，發(fā)展成為名聞世界的學(xué)術(shù)中心之一。,1 熱力學(xué)領(lǐng)域,在熱力學(xué)與統(tǒng)計物理學(xué)方面麥克斯韋也作出了重要貢獻，他是氣體動理論的創(chuàng)始人之一。麥克斯韋認識到并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(dǎo)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“麥克斯韋分布式”，是應(yīng)用最廣泛的科學(xué)公式之一，在許多物理分支中起著重要的作用。,1859年他首次用統(tǒng)計規(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

9、方法是以分析正向和反向碰撞為基礎(chǔ)的。他引入了馳豫時間的概念，發(fā)展了一般形式的輸運理論，并把它應(yīng)用于擴散、熱傳導(dǎo)和氣體內(nèi)摩擦過程。1867年引入了“統(tǒng)計力學(xué)”這個術(shù)語。麥克斯韋是運用數(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。,1 熱力學(xué)領(lǐng)域,麥克斯韋早在1849年在愛丁堡的福布斯實驗室就開始了色混合實驗。在那個時候，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，還有一些對眼睛感興趣的醫(yī)生和科學(xué)家。實驗主要就是在于觀察一個快速旋轉(zhuǎn)圓盤上的幾,個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實驗是使紅、黃、藍組合產(chǎn)生灰色。他們的實驗失敗了，而其中的主要原因是：藍與黃混合并不

10、象常規(guī)那樣生成綠色，而是當(dāng)兩者都不占優(yōu)勢時產(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。,2 光學(xué)領(lǐng)域,麥克斯韋的另一項重要工作是籌建了劍橋大學(xué)的第一個物理實驗室著名的卡文迪許實驗室。該實驗室對整個實驗物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了極其重要的影響?？ㄎ牡显S實驗室甚至被譽為“諾貝爾物理學(xué)獎,獲得者的搖籃”。作為該實驗室的第一任主任，麥克斯韋在1871年的就職演說中對實驗室未來的教學(xué)方針和研究精神作了精彩的論述，是科學(xué)史上一個具有重要意義的演說。麥克斯韋的本行是理論物理學(xué)，但他卻清楚地知道實驗稱雄的時代還沒有過去。他批評當(dāng)時英國傳統(tǒng)的“粉筆”物理學(xué)，呼吁加強實驗物理學(xué)的研究及其在大學(xué)教育中的作用，為后世

11、確立了實驗科學(xué)精神。,3 卡文迪許實驗室,卡文迪許實驗室是英國劍橋大學(xué)的物理實驗室。劍橋大學(xué)建于1209年，歷史悠久，與牛律大學(xué)同為英國的最高學(xué)府。劍橋大學(xué)的卡文迪許實驗室建于187l1874年間，是當(dāng)時劍橋大學(xué)的一位校長威廉,卡文迪許私人捐款興建的。他是十八十九世紀對物理學(xué)和化學(xué)做出過巨大貢獻的科學(xué)家亨利卡文迪許的近親。這個實驗室就取名卡文迪許實驗室，當(dāng)時用了捐款8450英鎊，除去蓋成一棟實驗樓館，還買了一些儀器設(shè)備。,3 卡文迪許實驗室,負責(zé)創(chuàng)建卡文迪許實驗室的是著名物理學(xué)家、電磁場理論的奠基人麥克斯韋。他還擔(dān)任了第一屆卡文迪許實驗物理學(xué)教授，實際上就是實驗室主任或物理系主任，直至1879

12、年因病去世。,在他的主持下，卡文迪許實驗室開展了教學(xué)和多項科學(xué)研究，按照麥克斯韋的主張，在系統(tǒng)地講授物理學(xué)的同時，還輔以表演實驗。從那個時候起，使用自制儀器就形成了卡文迪許實驗室的傳統(tǒng)。,3 卡文迪許實驗室,實驗室附有工廠，可以制作很精密的儀器，麥克斯韋很重視科學(xué)方法的訓(xùn)練，特別是科學(xué)史的研究。例如：他用了幾年的時間整理一百年前H.卡文迪許有關(guān)電學(xué)實驗的論著，并帶領(lǐng)大家重復(fù)和改進卡文迪許做過的一些實驗。有人不理,解他的想法，但是后來證明麥克斯韋是有遠見的。同時，卡文迪許實驗室還進行了多項研究，例如：地磁、電磁波速度、電氣常數(shù)的精密測量、歐姆定律實驗、光譜實驗、雙軸晶體等等，這些工作起了為后人開

13、辟道路的作用。,3 卡文迪許實驗室,約翰斯特拉斯，第三代瑞利男爵（物理, 1904） 約瑟夫湯姆孫（物理, 1906） 歐內(nèi)斯特盧瑟福（化學(xué), 1908） 威廉勞倫斯布拉格（物理, 1915） 查爾斯格洛弗巴克拉（物理, 1917） 弗朗西斯阿斯頓（化學(xué), 1922） 查爾斯威耳遜（物理, 1927） 阿瑟康普頓（物理, 1927） 歐文理查森（物理, 1928） 詹姆斯查德威克（物理, 1935） 喬治湯姆孫（物理, 1937） 愛德華維克托阿普爾頓（物理, 1947） 帕特里克布萊克特（物理, 1948）,3 卡文迪許實驗室,卡文迪許實驗室從1874年至1989年一共產(chǎn)生了28位諾貝爾獎得

14、主。,約翰考克饒夫（物理, 1951） 歐內(nèi)斯特沃吞（物理, 1951） 弗朗西斯克里克（生理學(xué)或醫(yī)學(xué), 1962） 詹姆斯杜威沃森（生理學(xué)或醫(yī)學(xué), 1962） 馬克斯佩魯茨（化學(xué), 1962） 約翰肯德魯（化學(xué), 1962） 多蘿西克勞福特霍奇金（化學(xué), 1964） 布賴恩戴維約瑟夫森（物理, 1973） 馬丁賴爾（物理, 1974） 安東尼休伊什（物理, 1974） 內(nèi)維爾莫特（物理, 1977） 菲利普沃倫安德森（物理, 1977） 彼得卡皮查（物理, 1978） 阿蘭麥克萊德科馬克（生理學(xué)或醫(yī)學(xué), 1979） 亞倫克拉格（化學(xué), 1982） 諾曼福斯特拉姆齊（物理, 1989）,3 卡

15、文迪許實驗室,三、 電磁場理論的建立,麥克斯韋研究領(lǐng)域廣泛，他在分子物理學(xué)、統(tǒng)計物理學(xué)、光學(xué)、力學(xué)、彈性理論方面的研究。但他最重要的貢獻在于建立的電磁場理論，將電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)統(tǒng)一起來，是19,世紀物理學(xué)發(fā)展的最光輝的成果，是科學(xué)史上最偉大的綜合之一。他預(yù)言了電磁波的存在。這種理論遇見后來得到了充分的實驗驗證。他為物理學(xué)樹起了一座豐碑。造福于人類的無線電技術(shù)，就是以電磁場理論為基礎(chǔ)發(fā)展起來的。,1 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吸引或排斥。人們,已經(jīng)知

16、道磁和靜電遵守類似引力定律的平方反比定律。在19世紀以前的40年中，出現(xiàn)了一種反對這種觀點的動向，這種觀點贊成“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的第一個證明和極為有力的推動力，但當(dāng)時的人又對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基本點不同于已知的現(xiàn)象：它是由運動的電顯示出來的，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)瞬時的超距作用的現(xiàn)存見解調(diào)和起來。,1 電磁情緣,麥克斯韋的電學(xué)研究始于185

17、4年，當(dāng)時他剛從劍橋畢業(yè)不過幾星期。他讀到了法拉第的電學(xué)實驗研究，立即被書中新穎的實驗和見解吸引住了。在當(dāng)時人們對法拉第,的觀點和理論看法不一，有不少非議。最主要原因就是當(dāng)時“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謹性還不夠。法拉第是實驗大師，有著常人所不及之處，但唯獨欠缺數(shù)學(xué)功力，所以他的創(chuàng)見都是以直觀形式來表達的。,1 電磁情緣,一般的物理學(xué)家恪守牛頓的物理學(xué)理論，對法拉第的學(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的學(xué)者之

18、一。麥克斯韋對他敬佩不已，特意給湯姆遜寫信，向他求教有關(guān)電學(xué)的知識。湯姆遜比麥克斯韋大7歲，對麥克斯韋從事電學(xué)研究給予過極大的幫助。,1 電磁情緣,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。認真地研究了法拉第的著作后，他感受到力線思想的寶貴價值，也看到法拉第在定,性表述上的弱點。于是這個剛剛畢業(yè)的青年科學(xué)家決定用數(shù)學(xué)來彌補這一點。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。,1 電磁情緣,2 法拉第的奠基,“力線”理論原本是由法拉第提出的。如果將鐵屑灑在一塊磁鐵上，他會發(fā)現(xiàn)鐵屑將呈現(xiàn)一種充滿整個空間的蜘蛛網(wǎng)狀。這就是法拉第的力線，以圖形的形

19、式描繪出了電和磁的力場在空間如何散布。舉例來,說，如果有人繪出整個地球的磁場，他會發(fā)現(xiàn)力線從N極地區(qū)伸出，然后在S極地區(qū)落回到地球上。同樣的，如果有人畫出雷陣雨中一枚避雷針的電場線，他會發(fā)現(xiàn)力線集中在避雷針的尖端。,在法拉第看來，“空的空間”其實根本不是空的，而是充斥著能使遙遠的物體移動的力線（由于法拉第早年窮困，未能接受足夠的數(shù)學(xué)教育，因此他的筆記本中密密麻麻的,不是等式，而是這些力線的手繪圖表。具有諷刺意味的是，數(shù)學(xué)訓(xùn)練的不足使他創(chuàng)造了如今任何物理課本中都可以看到的、美麗的力線圖表。從科學(xué)上來說，物理圖像通常比用來對其進行描述的數(shù)學(xué)語言更為重要）。,2 法拉第的奠基,歷史學(xué)家推測過法拉第是

20、如何發(fā)現(xiàn)力場的，它是所有科學(xué)中最重要的概念之一。事實上，全部的現(xiàn)代物理學(xué)都是用法拉第的力場語言寫就的。在1831年，他作出了關(guān)于力場,的關(guān)鍵性突破，永遠改變了人類文明。一天，他正將一塊孩子的磁鐵移過一個金屬線圈時，注意到他甚至沒有碰到電線就得以在金屬線里制造了一股電流。這意味著磁鐵不可見的場可以推動電線中的電子穿越“空的空間”，產(chǎn)生電流。,2 法拉第的奠基,法拉第的力場曾經(jīng)被視為毫無用處，是無所事事的隨意涂鴉，但它是真實的、物質(zhì)的力量，可以移動物體并產(chǎn)生能源。今天，你閱讀這一頁所依賴的光線或許就是由法拉第關(guān)于電磁學(xué)的發(fā)現(xiàn)而點亮的。一,塊轉(zhuǎn)動的磁鐵會制造力場，推動一根電線中的電子，使它們以電流的

21、形式移動，其后，這股電線中的電力可以點亮一盞燈泡。與此同樣的原理被用于生產(chǎn)給全世界城市提供能量的電力。比如，水流過一個大壩，在一個渦輪機中產(chǎn)生巨大的磁力進行轉(zhuǎn)動，這個渦輪機隨后再推動電線中的電子，形成一股電流，通過高壓電線輸送到用戶。,2 法拉第的奠基,法拉第的力線在一個半世紀里成為物理學(xué)家的靈感之源。這些力線給了愛因斯坦極大的啟示，他用力線的語言來描述和表達他的引力理論。同樣的。在物理學(xué)界，如果有人說“他思考起來像一根力線”，那便意味著一種高度的贊美。,法拉第的力線同樣也成為了麥克斯韋的靈感之源。這些力線成為麥克斯韋建立電磁場理論的基礎(chǔ)。應(yīng)當(dāng)說，力線是和力場相聯(lián)系的，之所以存在力線是因為客觀

22、上存在一種力場。麥克斯韋敏銳地意識到“力線”和“場”的概念的重要性，并把自己投入到法拉第理論的數(shù)學(xué)化的研究工作中。,2 法拉第的奠基,3 麥克斯韋的創(chuàng)造性建設(shè),從1855年到1864年，麥克斯韋相繼發(fā)表了三篇論文。首先，他把電場類比于當(dāng)時人們相當(dāng)熟悉的流體的速度場，通過連續(xù)介質(zhì)理論在電場中的應(yīng)用，建立了電場線的數(shù)學(xué)模型，并運用通量、環(huán)流、散度、旋,度等具有明確數(shù)學(xué)意義的量，推導(dǎo)出了靜電場、靜磁場及電磁感應(yīng)的基本定律，他們構(gòu)成了后來的電磁場方程的核心，使場從直觀的力學(xué)圖像初步具有了抽象的數(shù)學(xué)形式。之后，他注意到：在不存在導(dǎo)體回路的情況下，變化的磁場也可以在周圍激發(fā)一種場（感應(yīng)電場）；同樣，在連接

23、交變電源的電容器中存在著磁場。,麥克斯韋從磁場可以產(chǎn)生電場，電場也可以產(chǎn)生磁場的事實中，感覺到了二者之間的內(nèi)在聯(lián)系，他創(chuàng)造性地把過去彼此獨立的電場和磁場統(tǒng)一為一體：電磁場。進而使電磁波在介質(zhì)甚至真空中的傳播成為可,能。也正是因為麥克斯韋預(yù)言的電磁波在后來被證實，人們才對它深信不疑。并最終成為科學(xué)理論。麥克斯韋的理論，深化了人們對場性質(zhì)的認識，特別是電磁場概念的提出，具有著有為重要的理論與實踐意義。,3 麥克斯韋的創(chuàng)造性建設(shè),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。

24、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，我認為這個理論是強大的武器?！睆?865年開始，麥克斯韋辭去了皇家學(xué)院的教席，開始潛心進行科學(xué)研究，系統(tǒng)地總結(jié)研究成果，撰寫電磁學(xué)專著。,3 麥克斯韋的創(chuàng)造性建設(shè),經(jīng)過了八年的艱苦努力，1873年麥克斯韋的一部電磁學(xué)專著終于問世了，書名叫作電磁學(xué)通論。該書系統(tǒng)、全面、完美地闡述了電磁場理論。這一理論成,為經(jīng)典物理學(xué)的重要支柱之一。麥克斯韋1865年他預(yù)言了電磁波的存在，電磁波只可能是橫波，并計算了電磁波的傳播速度等于光速，同時得出結(jié)論：光是電磁波的一種形式，揭示了光現(xiàn)象和電磁現(xiàn)象之間的聯(lián)系

25、。,3 麥克斯韋的創(chuàng)造性建設(shè),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世紀中葉前后對電磁現(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，更為細致、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、達爾文的著作相提并論。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)時麥克斯韋只有42歲，已經(jīng)回到劍橋任實驗物理學(xué)的教授。,3 麥克斯韋的創(chuàng)造性建設(shè),18

26、88年德國物理學(xué)家赫茲用實驗驗證了電磁波的存在，以及電磁波的所具有的反射、折射和干涉等性質(zhì)，這就為麥克斯韋電磁理論的最終確立提供了可靠的實驗證據(jù)。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，他只16歲。,4 赫茲的成功封頂,在當(dāng)時的德國，人們依然固守著牛頓的傳統(tǒng)物理學(xué)觀念，法拉第、麥克斯韋的理論對物質(zhì)世界進行了嶄新的描繪，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)時支持電磁理論研究的，只有波爾茨曼和赫爾姆霍茨。,二十歲時，是赫茲一生的轉(zhuǎn)折點。他來到柏林，進了柏林大學(xué)，在物理學(xué)教授赫姆霍茲的指導(dǎo)下，赫茲提高很快。 1878 年夏天，赫姆霍茲向?qū)W生

27、們提出了一個物理競賽題目，要學(xué)生們用實驗方法驗證電磁波的存在，以驗證麥克所韋的理論。,4 赫茲的成功封頂,從那時起，赫茲就致力于這一重大課題的研究。 1886 年 12 月 2 日赫茲證實了“兩個振蕩之間成功地引起了共振現(xiàn)象。”接著，他又作了一系列實驗，赫茲用一個感應(yīng)圈，在近旁再放一開口的回路，發(fā)現(xiàn)感應(yīng)圈火花放電時，開路空隙間也有火花跳動，從而證明了電磁波的存在。,1887 年 12 月 5 日赫茲寄給赫姆霍茲一篇題為論在絕緣體中電過程引起的感應(yīng)現(xiàn)象的論文，總結(jié)了這個重要的發(fā)現(xiàn)。接著，赫茲又用類似的方法證明了：感應(yīng)線圈放出,4 赫茲的成功封頂,的電磁波具有與光類似的特征。如反射、折射、衍射、偏

28、振等，同時證實了在直線傳播時，電磁波的傳播速度與光速有相同的數(shù)量級，從而證實了麥克斯韋的光的電磁理論的正確性。,赫茲于 1888 年 1 月將這些成果總結(jié)在論動電效應(yīng)的傳播速度一文中。赫茲實驗公布后，轟動了全世界的科學(xué)界。由法拉第開創(chuàng)，麥克斯韋總結(jié)的電磁理論，至此才取,4 赫茲的成功封頂,得決定性的勝利！一個歷史的巧合是，赫茲這一年恰好和麥克斯韋預(yù)見電磁波時一樣，也是 31 歲。很遺憾，麥克斯韋過早去世，來能親眼目睹偉大的赫茲實驗。欣慰的是，這位科學(xué)巨匠的預(yù)言終于成為事實。,1888 年，成了近代科學(xué)史上的一座里程碑。赫茲的發(fā)現(xiàn)具有劃時代的意義，它不僅證實了麥克斯韋發(fā)現(xiàn)的真理，更重要的是導(dǎo)致了

29、無線電的誕生，開辟了電子技術(shù)的新紀,4 赫茲的成功封頂,元。理論只能解釋世界，理論回到實踐才能改造世界，造福于人類。赫茲的不朽功績，就在于他客觀上促成了這一轉(zhuǎn)變。,如果把電磁理論比作一座雄偉的高樓，法拉第給它打下了堅實的地基，麥克斯韋在上面建成了大廈。最后，是赫茲讓這座大廈住滿了人。當(dāng)然，實際上不止,他們?nèi)说墓?，然而，他們的工作的確具有劃時代的意義，他們的名字，永遠和電磁理論一起，光照史冊。,4 赫茲的成功封頂,自1888年赫茲用實驗驗證了電磁波的存在之后六年，即 1894 年 1896 年間，意大利物理學(xué)家馬可尼和俄國的波波夫分別實現(xiàn)了無線電的傳播和接收，這使英國人惠斯通、德國人韋伯和美

30、國人莫爾所根,5 電磁理論結(jié)出累累碩果,據(jù)電流的磁效應(yīng)發(fā)明的電磁式電報機和有線電報，進一步發(fā)展成為無線電通訊。除了無線電報，其它無線電通訊技術(shù)，如雨后春筍般地接連涌現(xiàn)出來。 1906 年出現(xiàn)了無線電廣播， 1911 年有了無線電導(dǎo)航， 1916 年有了無線電話， 1921 年出現(xiàn)了短波通訊， 1923 年有了無線電傳真。,第二次世界大戰(zhàn)期間，由于雷達的發(fā)明與應(yīng)用，又促進了微波技術(shù)助蓬勃發(fā)展。戰(zhàn)后，在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來了微波多路通信，并已做到在一條微波通信信道上同時能通幾千,5 電磁理論結(jié)出累累碩果,路甚至幾萬路無線電話，這使無線電通訊水平有了很大提高。 50 年代初，出現(xiàn)了微波接力通訊技術(shù)，現(xiàn)已

31、發(fā)展為高頻寬頻帶的大容量、遠距離脈沖編碼調(diào)制傳輸系統(tǒng)，可以用它進行數(shù)字傳輸。,1960 年代以后，無線電通信進入一個新的發(fā)展時期衛(wèi)星通訊時代。那就是，把人造地球衛(wèi)星發(fā)射到赤道上空離地面 35786 公里高的軌道上，它的運行周期就和地球完全一樣，這類衛(wèi)星稱為“同步定點衛(wèi)星”。,5 電磁理論結(jié)出累累碩果,如果在赤道上空三個適當(dāng)?shù)攸c各放置一顆同步定點通訊衛(wèi)星，它們發(fā)射的超短波或微波就可覆蓋全球，可把各類信息通過無線電波即時轉(zhuǎn)播到世界各地。在古代，“秀才不出門，全知天下事”只能看作是一種美炒的愿望，如今卻已變?yōu)楝F(xiàn)實。,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

32、、薩伐爾、法拉第等前人的一系列發(fā)現(xiàn)和實驗成果，建立了第一個完整的電磁,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)。他那短暫而輝煌一生也給我們以深刻的啟迪。,四、科學(xué)大師的光輝足跡,麥克斯韋8歲那年，母親去世，但在父親深情的關(guān)照和詳盡的指導(dǎo)下，加上自己的勇氣和求知欲，麥克斯韋的童年仍然充滿著美好。當(dāng)他10歲進入愛丁堡中學(xué)讀書時，衣著土里,土氣，帶著濃重的鄉(xiāng)下口音，在班里受到出身名門的富家子弟的嘲笑、欺侮，叫他“鄉(xiāng)巴佬”，但他十分頑強，勤奮學(xué)習(xí)，不受干擾，很快就

33、顯示出自己的才華，扭轉(zhuǎn)了別人的看法。他在全校的數(shù)學(xué)競賽和詩歌比賽中都取得了第一名，成了有名的“神童”?！吧裢辈皇翘焐?，是他強烈的求知欲望和刻苦鉆研的結(jié)果。,1 從“鄉(xiāng)巴佬”到“神童,麥克斯韋從小就有很強的求知欲和想象力，愛思考，好提問。據(jù)說還在他兩歲多的時候，有一次爸爸領(lǐng)他上街，看見一輛馬車停在路旁，他就問：“爸爸，那馬車為什么不走呢？”父親說：“它在休息?！?麥克斯韋又問：“它為什么要休息呢？”父親隨口說了一句：“大概是累了吧？”“不，”麥克斯韋認真地說，“它是肚子疼！”還有一次，姨媽給麥克斯韋帶來一籃蘋果，他一個勁地問：“這蘋果為什么是紅的？”姨不知道怎么回答，就叫他去玩吹肥皂泡。誰知

34、他吹肥皂泡的時候，看到肥皂泡上五彩繽紛的顏色，提的問題反而更多了。,1 從“鄉(xiāng)巴佬”到“神童,上中學(xué)的時候，他還提過象“死甲蟲為什么不導(dǎo)電”，“活貓和活狗摩擦?xí)妴帷钡葐栴}。父親很早就教麥克斯韋學(xué)幾何和代數(shù)。上中學(xué)以后，課,本上的數(shù)學(xué)知識麥克斯韋差不多都會了，因此父親經(jīng)常給他開“小灶”，讓他帶一些難題到學(xué)校里去做。每當(dāng)同學(xué)們歡蹦亂跳地玩的時候，麥克斯韋卻進入了數(shù)學(xué)的樂園，他常常一個人躲在教室的角落里，或者獨自坐在樹蔭下，入迷地思考和演算著數(shù)學(xué)難題。,1 從“鄉(xiāng)巴佬”到“神童,麥克斯韋在上課的時候，總是認真聽講，積極思考。他不但愛提一些別出心裁的問題，而且還能糾正老師講課中出現(xiàn)的錯誤。據(jù)說有一

35、次，他發(fā)現(xiàn),一位講師寫的公式有錯誤，立即站起來作了報告。老師很自信，挖苦地說：“如果是你對了，我就把它叫做麥?zhǔn)瞎?！”后來老師回家一驗算，果然是麥克斯韋對了。,1 從“鄉(xiāng)巴佬”到“神童,19歲的麥克斯韋初到劍橋，一切都覺得新鮮。這一時間，麥克斯韋專攻數(shù)學(xué)，讀了大量的專門著作。不過，他讀書不大講系統(tǒng)性。有時候，為了鉆研一個問題，他可以接連幾個,星期什么事都不干；有時候，他又可能見到什么讀什么，漫無邊際。這個善于學(xué)習(xí)和思考的年輕人，需要名師點撥，才能放出異彩。幸運的是，一次偶然的機會，麥克斯韋果然遇到了一位好老師，這就是霍普金斯。,2 巧遇名師指點,霍普金斯是劍橋大學(xué)數(shù)學(xué)教授，一天，他到圖書館借書

36、，他要的一本數(shù)學(xué)專著不巧被一位學(xué)生先借走了。那書是一般學(xué)生不可能讀懂的，教授有些奇怪。他詢問借書人名字，管理員答道“麥克斯韋”。教授找,到麥克斯韋，看見年輕人正埋頭摘抄，筆記本上涂得五花八門，毫無頭緒，房間里也是亂糟糟的?；羝战鹚共唤麑η嗄臧l(fā)生了興趣，詼諧地說：“小伙子，如果沒有秩序，你永遠成不了優(yōu)秀的數(shù)學(xué)物理家?！睆倪@一天開始，霍普金斯成了麥克斯韋的指導(dǎo)教授。,2 巧遇名師指點,霍普金斯很有學(xué)問，培養(yǎng)過不少人才。麥克斯韋在他的指教下，首先克服了雜亂無章的學(xué)習(xí)方法?；羝战鹚箤λ拿恳粋€選題，每一步運算都要求很嚴。這位導(dǎo)師還把麥克斯韋推薦到劍橋大學(xué)的尖子班學(xué)習(xí)，這個班由有,多方面成就的威廉湯姆生

37、(開爾文)和數(shù)學(xué)家斯托克主持，他倆也曾是霍普金斯的學(xué)生，數(shù)學(xué)造詣很高。經(jīng)這兩位優(yōu)秀數(shù)學(xué)家的指點，麥克斯韋進步很快，不到三年，就掌握了當(dāng)時所有先進的數(shù)學(xué)方法，成為有為的青年數(shù)學(xué)家?；羝战鹚乖鴮θ朔Q贊他說：“在我教過的所有學(xué)生中，毫無疑問，這是我所遇到的最杰出的一個。”,2 巧遇名師指點,1860年初夏，馬銳斯凱爾學(xué)院的物理學(xué)講座由于某種原因停辦了，28的麥克斯韋離開阿伯丁港，到倫敦皇家學(xué)院去任教。他的妻子也隨同前往。這次工作變動是麥克斯韋一生事業(yè)的轉(zhuǎn)折點。,在這以前，還有一段小小的插曲。麥克斯韋最初的母校愛丁堡大學(xué)，也要聘請一個自然哲學(xué)教授。他開始是準(zhǔn)備去那里的。應(yīng)選的一共有三個人，另外兩個是他

38、在劍橋大學(xué)的同學(xué)，其中一個還是中學(xué)的同學(xué)。三個人里要論學(xué)問，麥克斯韋肯定第一，但是比口才，就數(shù)不上他了。結(jié)果他落選了。,3 兩位偉人的相會,當(dāng)時一家愛丁堡雜志評論這件事，也很替他惋惜。俗話說：“塞翁失馬，焉知非福”，麥克斯韋沒有被愛丁堡大學(xué)選中，自然是件憾事，但是他卻因為這個轉(zhuǎn)到了皇家學(xué)院，完成了一生中最重要的貢獻。,麥克斯韋在阿伯丁的四年時間里，一直懷著一樁心事，就是想用數(shù)學(xué)工具表達法拉第的學(xué)說。他的這個愿望，1855年只開了個頭就擱下了。,3 兩位偉人的相會,但是，只要見到有關(guān)電磁學(xué)方面的文章，也都會引起他密切的關(guān)注。他經(jīng)常給法拉第寫信，探索電磁的奧秘。他的案頭一直擺著電學(xué)實驗研究。每次打

39、開這部輝煌的巨著，他的情緒就十,分激動。法拉第，這位他當(dāng)時還沒有見過的偉人，給物理學(xué)描繪了一幅多么形象的圖畫啊！電、磁、光、力線、波動在它們背后隱藏著什么規(guī)律呢？,3 兩位偉人的相會,麥克斯韋到倫敦以后特地拜訪法拉第。這是一次難忘的會晤。青年物理學(xué)家遞上名片，不一會兒，法拉第面帶微笑地走了出來。這位實驗大師已經(jīng)年近七旬，兩鬢斑白。他同麥克斯韋一見如故，親切地交談起來。,這兩位偉人，他們不但在年齡上相差40歲，而且在性格、愛好、特長等方面也迥然不同，可是他們對物質(zhì)世界的看法卻產(chǎn)生了共鳴。,3 兩位偉人的相會,這真是奇妙的結(jié)合：法拉第快活、和藹，麥克斯韋嚴肅、機智。老師是一團溫暖的火，學(xué)生像一把鋒

40、利的劍。麥克斯韋不善于辭令，法拉第演講起來卻是娓娓動聽。一個不精通數(shù)學(xué)，另一個,卻對數(shù)學(xué)運用自如。兩個人的科學(xué)方法也恰好相反：法拉第主要是實驗探索，麥克斯韋擅長理論概括。可以說，他們在許多方面是互相補充的；愛因斯坦曾經(jīng)把他們稱做一對，說他們就像伽利略和牛頓一樣，相輔相成。,3 兩位偉人的相會,麥克斯韋自己也談到過這一點：“因為人的心靈各有它不同的類型，科學(xué)的真理也就應(yīng)該用種種不同的形式表現(xiàn)，不管它是用具有生動的物理學(xué)色彩的定性形式出現(xiàn)，還是用樸素?zé)o華的一種符號表示出現(xiàn)，它都應(yīng)該被當(dāng)做是,同樣科學(xué)的。”這話自然是對的，字里行間流露出對法拉第的尊敬。不過，不同的科學(xué)方法，發(fā)掘科學(xué)的深度卻常常不同。

41、法拉第用直觀而形象的方式表達的真理，麥克斯韋最后用驚人的數(shù)學(xué)才能把它總結(jié)出來，并且提到理論的高度，所以他的認識就更深刻，更透入事物的本質(zhì)，因此更帶有普遍性。,3 兩位偉人的相會,4年以前，法拉第曾經(jīng)稱贊過論法拉第的力線這篇論文，他沒有料到論文的作者竟這樣年輕。當(dāng)麥克斯韋征求他對論文的看法的時候，法拉第說：“我不認為自己的學(xué)說一定是真理，但是你是真正理解它的人?！?“先生能給我指出論文的缺點嗎？”麥克斯韋謙虛地說。 “這是一篇出色的論文?！狈ɡ诔了嫉卣f，“但是，你不應(yīng)該停留在用數(shù)學(xué)來解釋我的觀點，你應(yīng)該突破它！”,3 兩位偉人的相會,法拉第的話像一盞明燈，照亮了青年物理學(xué)家麥克斯韋前進的道路。

42、他馬上用最大的熱情投入新的戰(zhàn)斗。 他設(shè)計了一個理論模型，試圖對法拉第的力線觀念作進一步探討。這個模型完全建立在機械,結(jié)構(gòu)的類比上，有人稱它是“以太模型”，現(xiàn)在看上去既枯燥又很不好懂。一位英國現(xiàn)代科學(xué)史家，用了整頁篇幅也沒有說清楚。事實上，麥克斯韋在晚期的著作里也舍棄了這個模型。奇怪的是，麥克斯韋竟把它當(dāng)作跳板，成功地登上了真理的彼岸。,3 兩位偉人的相會,1854年，麥克斯韋畢業(yè)后不久，就讀到了法拉第的名著電學(xué)實驗研究。法拉第在這書中，把他數(shù)十年研究電磁現(xiàn)象的,心得歸結(jié)為“力線”的概念。法拉第做了一個構(gòu)思精細、設(shè)計巧妙的實驗：把鐵粉撒在磁鐵周圍，鐵粉就呈現(xiàn)出有規(guī)則的曲線，從一磁極到另一磁極，連

43、續(xù)不斷。,4 接過大師的火炬,法拉第把這種曲線稱為力線，他還進一步用實驗證明，這種力線具有物理性質(zhì)。他把布滿磁力線的空間稱為磁場，而磁力就是通過連續(xù)磁場傳遞的。麥克斯韋,完全被書中的實驗和新穎的見解吸引住了。法拉第的著作，把他帶到一個嶄新的知識領(lǐng)域，使他無比神往。,4 接過大師的火炬,一年之后，24歲的麥克斯韋發(fā)表了法拉第的力線，這是他第一篇關(guān)于電磁學(xué)的論文。在論文中，麥克斯韋通過數(shù)學(xué)方法，把電流周圍存在磁力線這一,特征，概括為一個數(shù)學(xué)方程。這一年，恰好法拉第結(jié)束了長達30多年的電學(xué)研究，在科學(xué)筆記上寫下了最后的一頁。麥克斯韋接過了這位偉大先驅(qū)手中的火炬，開始向電磁領(lǐng)域的縱深挺進。,4 接過大

44、師的火炬,1862年，麥克斯韋在英國哲學(xué)雜志上，發(fā)表了第二篇電磁論文論物理的力線。文章一登出來，立即引起了強烈的反響。這是一篇劃時代的論文，它,與七年前麥克斯韋的第一篇電磁論文相比，有了質(zhì)的飛躍。因為論物理的力線，不再是法拉第觀點單純的數(shù)學(xué)解釋，而是有了創(chuàng)造性的引伸和發(fā)展。,4 接過大師的火炬,他再一次發(fā)揮自己的數(shù)學(xué)才能，由這一科學(xué)假設(shè)出發(fā)，推導(dǎo)出兩個高度抽象的微分方程式，這就是著名的麥克斯韋方程式。這組方程不僅圓滿地解釋了法拉第電磁感應(yīng)現(xiàn)象，還作了推廣：凡是有磁場變化的地方，周圍,不管是導(dǎo)體或者介質(zhì)，都有感應(yīng)電場存在。方程還證明了，不僅變化的磁場產(chǎn)生電場，而且變化的電場也產(chǎn)生磁場。經(jīng)過麥克斯

45、韋創(chuàng)造性的總結(jié)，電磁現(xiàn)象的規(guī)律，終于被他用明確的數(shù)學(xué)形式揭示出來。電磁學(xué)到此才開始成為一種科學(xué)的理論。,4 接過大師的火炬,在自然科學(xué)史上，只有當(dāng)某一科學(xué)達到了成熟階段，才可能用數(shù)學(xué)表示成定律形式。這些定律不僅能解釋已知的現(xiàn)象，還可以揭示出某些尚未發(fā)現(xiàn)的東西。正如牛頓的萬有引力定律預(yù)見了海王星一樣，麥克斯韋的方程式,預(yù)見了電磁波的存在。因為，既然交變的電場會產(chǎn)生交變的磁場，而交變的磁場又會產(chǎn)生交變的電場，這種交變的電磁場就會以波的形式，向空間散布開去。麥克斯韋作出這一預(yù)見時，年僅31歲。這是麥克斯韋一生中最輝煌的一年。,4 接過大師的火炬,麥克斯韋繼續(xù)向電磁領(lǐng)域的深度進軍。1865年，他發(fā)表了

46、第三篇電磁學(xué)論文。在這篇重要文獻中，麥克斯韋方程的形式更完備了。他并且采用一種新的數(shù)學(xué)方法，由方程組直接推導(dǎo)出電,場和磁場的波動方程，從理論上證明了電磁波的傳播速度正好等于光速！這與麥克斯韋四年前用實驗推算出的結(jié)論完全一致。至此，電磁波的存在是確信無疑了！,4 接過大師的火炬,于是，麥克斯韋大膽地宣布：世界上存在一種尚未被人發(fā)現(xiàn)的電磁波，它看不見，摸不著，但是它充滿在整個空間。光也是一種電磁波，只不過它可以被人看見而已。,麥克斯韋的預(yù)言，震動了整個物理界，麥克斯韋電磁學(xué)通論的出版，成了當(dāng)時物理學(xué)界的一件大事，第一版幾天內(nèi)就銷售一空。,4 接過大師的火炬,麥克斯韋的電磁理論，在物理學(xué)上有劃時代的

47、意義。遺憾的是，麥克斯韋本人沒有能夠證實也沒有看到被證實。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,有更多的機會從事電磁實驗。熱力學(xué)和分子物理學(xué)的研究，耗去了他大部分時間和精力。再有，他主要是個理論物理學(xué)家。就像他的學(xué)生弗萊明后來所說的那樣，“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驗去證明它?！狈ɡ谝惠呑佣紱]有離開過實驗，可以說沒有實驗就沒有法拉第。,五、一代偉人的晚年歲月,麥克斯韋恰好相反，他只是在倫敦的5年里進行了一些有限的實驗，而且多半是氣體動力學(xué)方面的。他的寓所，靠近屋頂?shù)牡胤接幸婚g狹長的閣樓，那就是他的實驗室。他的妻子常常給他當(dāng)助

48、,手，生火爐，調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，條件相當(dāng)簡陋。后來在皇家學(xué)院實驗室里，他作過一些電學(xué)實驗，也多只是測定標(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驗室，整理卡文迪許 （17311810）的遺著。,五、一代偉人的晚年歲月,由于以上這些原因，電磁理論問世以后，在相當(dāng)長的時間里沒有得到承認。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，對還沒有被證明的新理論，都,采取觀望態(tài)度。勞厄（18791960）在物理學(xué)史中曾經(jīng)這樣評論說：“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

49、波爾茨曼（18441906）這樣有異常才能的人，為了理解它也花了幾年的力氣。”,五、一代偉人的晚年歲月,幾個春秋過去了。麥克斯韋把他的心血默默地獻給了卡文迪許實驗室。這座實驗室在1872年破土，到1874年完工。修建經(jīng)費是一位鼓勵科學(xué)的公爵捐贈的。為了增添儀器，麥克斯韋也拿出了自己不多的積蓄。在整個籌建過,程中，從設(shè)計、施工、儀器購置，直到大門上的題詞，麥克斯韋都親自過問。它是實驗室的創(chuàng)建人，也是第一任主任。后來相繼接替他的是瑞利和約瑟夫湯姆遜，湯姆遜以后是盧瑟福，他們都是世界第一流的物理學(xué)家。這座實驗室開花結(jié)果的時期在20世紀。大批優(yōu)秀的科學(xué)人才，都是從這里培養(yǎng)出來的。,五、一代偉人的晚年歲

50、月,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世紀一位性情怪僻的英國著名物理學(xué)家和化學(xué)家。他曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)氫,氣，確實水的化學(xué)組成，第一個計算地球的質(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)，其中不少很有價值的東西埋沒了幾乎半個世紀。整理這些資料是一件非常細致而困難的工作，麥克斯韋為了完成這項工作，作出了很大的犧牲：他放棄了自己的研究，耗盡了精力。,五、一代偉人的晚年歲月,除了卡文迪許實驗室的日常事務(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)。他在講臺上熱心地宣傳電磁理論，推廣新學(xué)說?？上牨姴欢唷Ｋ緛砭筒簧朴谥v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。可能，他當(dāng)時已經(jīng)預(yù)感到，他的理論總有一天會給這些發(fā)明插上雙翅，傳遍全球。,五、一代偉人的晚年歲月,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