麥克斯韋寫下電磁學,對物理學起有重要意義

2020-12-06 北極星聊歷史

麥克斯韋寫下電磁學,對物理學起有重要意義

1854年的聖誕節,一個年輕小夥子匆匆地在格倫萊莊園的路上行走著,一眼看上去,就知道他是個學識淵博的學者。小夥子好像有什麼急事似的。這時,迎面來了一個僕人,笑容滿面地奔過來說道:「少爺回來了!老爺一直念叨您呢」,「家父病情如何?」小夥子緊鎖著眉頭問道。「一直不太好,我想少爺此番回來,老爺一高興。病情可能會好一些。」這位小夥子就是建立電磁大廈的麥克斯韋。麥克斯韋出生在一個蘇格蘭的名門望族,祖上有過政治軍事家、學者、詩人。父親是一名律師,對科學技術非常感興趣,愛奸建築設計、服裝製作等,是出入愛丁堡皇家學會的常客。麥克斯韋一出生,父親就希望他能夠成為未來的探索者,於是特別重視對他的培養。剛一滿月,父親便把他送到離愛丁堡不遠的格倫萊莊園居住。麥克斯韋果然不負父望,幾個月後,便長得異常健壯了。

麥克斯韋在父親的關懷下長大了。麥克斯韋在父親的薰陶下,從小就熱愛科學,愛提問,愛動手試驗。不到十歲,他就跟隨父親到愛丁堡皇家學會聽科學講座。在父親的精心培養下,麥克斯韋上中學的時候已經才華出眾。在一次學校舉行的數學和詩歌競賽上,他一個人奪得了兩項冠軍。十五歲的時候,他的數學論文發表在《愛丁堡皇家學會會刊》上。次年,這位多才多藝的才子考進了愛丁堡大學,三年以後轉入劍橋大學。麥克斯韋夢寐以求的理想終於實現了,他來到這所牛頓的母校,感到由衷的欣慰。他在這所歷史悠久、英才薈萃的大學裡考取了獎學金,專攻數學。功夫不負有心人,1854年,二十三歲的麥克斯韋終於以甲等數學第二名的優異成績畢業了。畢業後,他被留校任教。此番聽說父親病重,便急匆匆趕回來,探望父親病情。在家中,他一邊照顧父親,一邊把近來研究的色彩理論的成果作了總結,寫了一篇論文題名為《彩色實驗和眼睛視覺》。這篇論文很快得到愛丁堡皇家學會的承認,並獲得金質獎。回到了劍橋。一天,他無意中看到了法拉第的《電學實驗研究》。這奉書把他深深地吸引住了,他一口氣將它讀完。書中用充滿力線的場取代牛頓的絕對空間,用力在場中以波的形式和有限速度傳播取代牛頓的超距離作用,使麥克斯韋讚嘆不已。他想起自己中學時候就參觀過法拉第發明的第一臺發電機。轉眼已經十多年過去了,法拉第的名字一直是他崇拜的對象。此番讀了法拉第的這本厚厚的書,卻使他感到奇怪,整個書中沒有一個數學公式,有些地方表達得也不夠嚴密。如果能在此基礎上彌補這些不足,那麼,這本著作就會錦上添花了!

麥克斯韋性子急,說幹就幹。經過一段時間的研究,他發表了《法拉第的力線》論文。並在1855年12月在劍橋大學哲學協會上宣讀了這篇論文,引起很強烈的反響。麥克斯韋把法拉第關於電流周圍存在磁力線的思想,總結出一個數學方程,使法拉第的學說有了定量的表述形式。把法拉第的物理直覺能力和麥克斯韋的數學分析巧妙地結合起來了。麥克斯韋把論文寄給遠在倫敦的法拉第,希望得到法拉第的指導。他很快就接到了法拉第的回信,信中熱情讚揚了麥克斯韋的想法和做法。麥克斯韋高興極了,他決心要與法拉第合作,在電磁領域作出一點貢獻來。父親去世後,麥克斯韋被失業的煩惱纏繞著。最後萬不得已,他提筆給法拉第寫了封倍,述說了自己面臨失業的威脅。法拉第很快推薦他到自己曾經工作過的倫敦皇家學院去工作。這一年的夏無,麥克斯韋攜夫人來到倫敦,與他一向仰慕的,三十年來電磁學發展的核心人物法拉第相見了。這兩位神交己久的科學家一見如故,滔滔不絕地談論起來。他們的話題馬上轉人了力線、場、電磁、光……這兩位時代寵兒的相見,具有偉大的象徵意義。它象徵著實驗與理論的結合,電磁學即將騰飛起來了。這兩位科學巨頭年齡相差四十歲,他們的出身、所受的教育、性情、愛好也迥然不同。一個是來自名牌大學的高材生,一個連小學也未畢業;一個門第高貴,一個來自社會最底層。他們為著一個共同的目標走到了一起。

只見法拉第口若懸河,發表著娓娓動聽的講話,真是引人人勝;麥克斯韋則才思敏捷,言詞鋒利。一個數學高手,一個實驗巨匠。一個善於建立物理模型,運用數學技巧,演繹、分析、提高;一個擅長運用直覺,把握住物理現象的本質,設計巧妙的實驗,觀察、記錄、歸納。如若將他們兩個人的特點集於一身,那就是理想的物理學家了。現在,他們有幸聚在一起了。1861年和1862年這兩年,麥克斯韋發表了四篇《論物理的力線》。他在第二篇裡引入了「位移電流」的概念,取得了關健性的突破。從此,麥克斯韋的名字就一鳴驚人,找上門來的人越來越多了。他應接不暇,教學任務、社會工作把他的整個精力全部佔用了。他不得不擠佔科學研究的時間了。他急得像熱鍋上的螞蟻。一個人的精力是有限的,一天二十四個小時,即使不吃不睡也滿足不了科學研究的需要。科學這玩意兒,鑽進去,就需要大塊的時間,需要全身心的投入,甚至需要畢生的精力。

直到1955年夏天,麥克斯韋陪妻子去格倫萊莊園度假對,才算安定下來。於是,他又把電磁理論拿了出來。他早起晚睡,終於又寫出了電磁學論文《電磁場動力學》不久,一些朋友又找到了他的藏身之處,於是客人又接踵而來。他只好白天接待,晚間獨自回到燈下開始電磁學的探索。功夫不負有心人。他總結出一個新的方程式,這個方程式後來被稱為麥克斯韋方程。用這個方程可以計算電磁波傳播速度與光速相等。這是個星鬥滿天的夜晚,麥克斯韋站在窗前,伸了伸胳膊。他望著星鬥感慨萬分,他感謝上帝賦予他的知識和才幹,使他能在科學的海洋裡享受著別人無法享受的幸福!

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  • 麥克斯韋方程租,跨時代的電磁學
    1847年進入愛丁堡大學學習數學和物理,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。1873年出版的《論電和磁》,也被尊為繼牛頓《自然哲學的數學原理》之後的一部最重要的物理學經典。麥克斯韋被普遍認為是對物理學最有影響力的物理學家之一。沒有電磁學就沒有現代電工學,也就不可能有現代文明。
  • 麥克斯韋對當代物理學的貢獻,讓電磁學成為物理學通用語言
    1931年10月,劍橋大學舉行了麥克斯韋誕辰一百年紀念會,尼爾斯·玻爾在會上發表了一篇有關麥克斯韋和現代理論物理的演講。玻爾指出麥克斯韋的電磁學理論為人類了解原子世界作出了貢獻,也為創立量子理論提供了基礎。雖然量子理論超越了麥克斯韋的學說,但量子力學中的分析手段離不開麥克斯韋的理論,尤其是在建立光量子能量和動量之間的關係時。
  • 麥克斯韋是電磁學的集大成者,為什麼不如牛頓和愛因斯坦知名度高
    總的來說,牛頓與愛因斯坦並駕齊驅毫無爭議,麥克斯韋緊隨其後。但是就從物理學的貢獻來說,牛頓與愛因斯坦是一個等級的,而麥克斯韋又是另外一個等級。我們就從他們對物理學的貢獻說起。牛頓牛頓最重要的物理學理論就是他的萬有引力定律與牛頓三大定律。
  • 為什麼麥克斯韋是電磁學的集大成者卻看起來低一檔次?
    而麥克斯韋驚才豔絕的麥克斯韋方程組,你不上大學不學點微積分能搞懂?麥克斯韋方程組的地位2004年,英國的科學期刊《物理世界》舉辦過一個評比活動——讓讀者選出科學史上最偉大的公式。麥克斯韋方程組的原創度問題聽完上面的描述,覺得仍意猶未盡的同學,一般都知道一個事實——麥克斯韋方程組雖然有四個方程,但是其中有三個半(高斯電場定律、高斯磁場定律、法拉第定律、安培環路定理)是現成的,真正是麥克斯韋原創認證的,只有最後加進去的——安培-麥克斯韋定律裡」電通量的變化產磁場」這一項。
  • 麥克斯韋是電磁學的集大成者,為啥感覺比牛頓、愛因斯坦低一檔?
    客觀地說,僅僅從成就來看,牛頓、愛因斯坦、麥克斯韋三人應該是並駕齊驅的,是理論物理學史上毫無爭議的第一梯隊的存在,而且第一梯隊有且只有這三位而已。可我們會發現,在很多人眼裡麥克斯韋的地位似乎遠不如牛頓、愛因斯坦,甚至都不如伽利略。不僅如此,很多人對牛頓、愛因斯坦的生平了解的很多,但很少人了解麥克斯韋的生平。
  • 麥克斯韋明明統一了電磁學,為什麼看起來卻低了牛頓、愛因斯坦一檔?
    客觀地說,僅僅從成就來看,牛頓、愛因斯坦、麥克斯韋三人應該是並駕齊驅的,是理論物理學史上毫無爭議的第一梯隊的存在,而且第一梯隊有且只有這三位而已。可我們會發現,在很多人眼裡麥克斯韋的地位似乎遠不如牛頓、愛因斯坦,甚至都不如伽利略。不僅如此,很多人對牛頓、愛因斯坦的生平了解的很多,但很少人了解麥克斯韋的生平。
  • 麥克斯韋,到底有多牛 - 麥克斯韋,電磁,物理 - IT之家
    我們今天這篇文章的主角,就是電磁理論的重要奠基人之一,大名鼎鼎的麥克斯韋。15 歲的時候,麥克斯韋在愛丁堡皇家協會學報上,發表了自己的第一篇論文——《卵形線》(Oval Curves),在當地引起了不小的轟動。1847 年,16 歲的麥克斯韋如願進入了愛丁堡大學。此時的他,是班上年紀最小的學生,但成績卻總是名列前茅。他專攻數學物理,同時也接受了實驗物理學、邏輯學等學科的嚴格訓練。
  • 天才物理學家麥克斯韋
    1865年開始,麥克斯韋辭去了皇家學院的教席,開始潛心進行科學研究,系統地總結研究成果,撰寫電磁學專著。麥克斯韋生前沒有享受到他應得的榮譽,因為他的科學思想和科學方法的重要意義直到20世紀科學革命來臨時才充分體現出來。然而他沒能看到科學革命的發生。1879年11月5日,麥克斯韋因病在劍橋逝世,年僅48歲。
  • 為何麥克斯韋統一了電磁學卻不可以
    引言:物理學領域有一句廣為流傳的俗語:一牛二愛三麥,這句話總結了物理學領域的主要任務貢獻,意思是牛頓是物理學第一人,愛因斯坦排在第二,而麥克斯韋則排在第三。雖然有很多人對此排名有爭議,那麼他們到底是在爭什麼呢?
  • 電磁學 視頻教程 北京大學陳秉乾教授
    電磁學是普通物理系列中最重要的基礎課之一,是電工學、電子學、等離子體物理、磁流體力學、光的電磁理論等的基礎,是經典物理的重要組成部分
  • 麥克斯韋明明統一了電磁學,為何只能排在牛頓、愛因斯坦後面?
    無論是哪個排行榜,前三必定是牛頓、愛因斯坦與麥克斯韋,其中牛頓與愛因斯坦兩位物理學家的成就太過於驚人,論地位完全可以平起平坐,而麥克斯韋只能獨享第三把交椅。不過若論對物理學以及人類生活的影響力,三位大神基本上不分高下。作為電磁學的創始人,現代文明的先驅者,麥克斯韋為何只能夠排行第三?咱們來探討一下:牛頓牛頓的成就大家基本上耳熟能詳,從初中課本上,我們就開始接觸牛頓。
  • 麥克斯韋列出了表達電磁基本定律的四元方程組
    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域,使他無比神往。一年之後,24歲的麥克斯韋發表了《法拉第的力線》,這是他第一篇關於電磁學的論文。在論文中,麥克斯韋通過數學方法,把電流周圍存在磁力線這一特徵,概括為一個數學方程。這一年,恰好法拉第結束了長達30多年的電學研究,在科學筆記上寫下了最後的一頁。
  • 天才中的天才「麥克斯韋」,他對世界的貢獻有多大?
    如果天才也分等級,他是天才中的天才,世界上如果沒有尼古拉特斯拉,其他人可以代替,但世界上不可以沒有麥克斯韋,沒有他的電磁理論,現代文明將會落後至少上百年,手機、無線電、雷達、衛星等發明也將遙遙無期,他是愛因斯坦的偶像,他的數學水平高於愛因斯坦不止一個等級,他的書寫讓電磁感應者法拉第死而無憾。
  • 統一電磁學的麥克斯韋,如何影響了系統科學的發展?
    導語麥克斯韋為人熟知的主要原因是他對電磁學的貢獻,實際上,作為物理學家,麥克斯韋對系統控制的研究也持續多年,他對於控制器的早期探索深刻影響了維納等人對控制論研究。在選擇這個詞的時候,我們應當追溯到克拉克·麥克斯韋1868年發表的第一篇論述反饋機制的重要論文,那是關於調速器(Governor)的,而這一名詞就是從kubernetes的拉丁文演繹出來的。」
  • 物理學界鮮為人知的神祗——麥克斯韋
    麥克斯韋被普遍認為是對物理學最有影響力的物理學家之一。沒有電磁學就沒有現代電工學,也就不可能有現代文明。1831年6月13日生於蘇格蘭愛丁堡,1879年11月5日於劍橋大學逝世。麥克斯韋大約於1855年開始研究電磁學,在潛心研究了法拉第關於電磁學方面的新理論和思想之後,堅信法拉第的新理論包含著真理。於是他抱著給法拉第的理論&34;的願望,決心把法拉第的天才思想以清晰準確的數學形式表示出來。
  • 麥克斯韋,到底有多牛?
    我們今天這篇文章的主角,就是電磁理論的重要奠基人之一,大名鼎鼎的麥克斯韋。兩人婚姻生活非常和諧美滿、浪漫甜蜜,後來育有兩個女兒。儘管麥克斯韋已有一定的影響力,但仍未爭取到新學校的自然哲學教授職位,而且申請愛丁堡大學相同職位也未成功。無奈之下,經人介紹,麥克斯韋到倫敦國王學院任自然哲學和天文學教授。此時的麥克斯韋,進入了自己人生階段中最為高產的一段時期。他在電磁領域的幾篇重要論文,都發表於這一時期。1861年,麥克斯韋當選為倫敦皇家學會會員。
  • 電磁學的騰飛,緣於一次歷史性的會面!
    話說一代物理學大師法拉第雖然把電磁場、磁力線和電力線等重要概念引入物理學,也被公推為英國皇家學會會長,但他一直有個遺憾,就是只能把電磁學研究停留在力線的描述上,無法上升到定量的理論高度。沒有理論支撐,電磁學就不可能在人類的生產、生活中大量應用。這種遺憾,在讀到一篇論文後,終於消失了。論文叫《論法拉第的力線》,作者是一個聲名鵲起的年輕人。
  • 麥克斯韋,到底有多牛
    我們今天這篇文章的主角,就是電磁理論的重要奠基人之一,大名鼎鼎的麥克斯韋。麥克斯韋,全名是詹姆斯 · 克拉克 · 麥克斯韋(James Clerk Maxwell),英國著名物理學家、數學家。除了奠定電磁理論、開創經典電動力學之外,他還是統計物理學的奠基人之一。▉ 麥克斯韋的生平往事我們首先回顧一下麥克斯韋的整個人生歷程。
  • 電磁學歷史簡介
    法拉第定律後來被納入麥克斯韋的電磁場理論,從而具有了更簡潔更深刻的意義。法拉第另一個重要的貢獻是創立了力線和場的概念,力線實際是否認了超距作用的存在,這些思想成為了麥克斯韋電磁場理論的基礎。愛因斯坦稱其為「物理學中引入了新的、革命性的觀念,它們打開了一條通往新的哲學觀點的道路」,意為場論的觀念是有別於舊的機械觀中以物質為主導核心的哲學觀念。
  • 楊振寧的理論是麥克斯韋方程的推廣,他是量子力學裡的麥克斯韋
    但是,磁現象作為一種天然的物理存在,因為看不見也摸不著,讓科學家們在很長一段時間裡無從下手。連牛頓這樣的大科學家也不知道磁是怎麼產生的。哈雷(命名了一顆哈雷彗星的人)認為地球上有許多不同的殼,一個殼在另外一個殼裡面轉,於是就產生了磁性。