走進超級燒腦公式，靈魂的衝擊，感慨電磁理論創建人開掛般的人生

2004年，英國的科學期刊《物理世界》舉辦了一個活動：讓讀者選出科學史上最偉大的公式。結果，麥克斯韋方程組力壓質能方程、歐拉公式、牛頓第二定律、勾股定理、薛丁格方程等&34;的巨擘，高居榜首。

愛因斯坦在普林斯頓高等研究所工作多年，在他的辦公室牆上，掛著三個人的畫像，他們分別是牛頓、法拉第和麥克斯韋，這是他心目中最為崇敬的三位巨匠。

詹姆斯·克拉克·麥克斯韋有著一把長鬍子，神態嚴肅、目光炯炯，雖然只活了48歲，卻在電磁學、光學、分子物理學、天文學等諸多領域做出了最傑出的貢獻。如果說，是牛頓把天上、地上的運動規律統一起來，實現了物理學中的第一次大統一，麥克斯韋則把電、磁和光統一起來，實現了物理學中的第二次大統一，麥克斯韋與牛頓這兩位巨匠共同將經典物理學推至巔峰。

麥克斯韋總結了人類對宏觀電磁現象的全部認識，從理論上建立了電與磁間的聯繫，天才地預見了電磁波，為後來的無線電電子學的誕生與技術的發展開闢了道路，使無線電通信、雷達、導航、遙感、無線電廣播、電視、計算機、行動電話等這一切現代技術的發展成為可能。

1854年，麥克斯韋以優異成績從劍橋大學三一學院獲得數學物理專業的學位。法拉第的名著《電學實驗研究》就在這一年出版了，這是法拉第總結畢生對電磁現象研究成果的一部巨著。麥克斯韋注意到，法拉第對實驗的敘述並不就事論事，而是站在一定的高度上，揭示電磁現象的本質，麥克斯韋立刻被其中的新穎見解所吸引。他抓住了法拉第的兩個重要的物理思想：一個是在電荷間與磁體間能&34;相互作用的解釋上，法拉第引入了&34;以及&34;的思想，這一思想就是電場與磁場概念的雛形；另一個是法拉第通過電磁感應揭示了電與磁之間的對應關係，更啟示了&34;與&34;內在的對稱性，這兩個思想給麥克斯韋很大的啟發。

令麥克斯韋奇怪的是，在法拉第厚厚的三卷巨著中，他找不到一個數學公式，這是為什麼呢？作為一個諳熟理論研究的物理學家，麥克斯韋認為用數學，而且只有用數學才能更簡潔地描述物理現象，才能更深刻地揭露物理實質。在對法拉第深感欽佩之餘，他發現了法拉第的不足，僅有思想的高度，缺乏數學的凝練表述，自然缺乏理論上的嚴謹，也就不能走遠。正如康德所說，&34;

當時的麥克斯韋僅有23歲，他決心補充法拉第之不足，尋求電與磁之間的&34;。一年之後，1856年2月11日，他發表了&34;。在這篇論文裡，他用數學方法把法拉第所預言的力線概括為一個方程，使法拉第的學說有了定量的數學表示，這篇論文立刻引起了物理學理論界的注意。

1860年，麥克斯韋前往倫敦拜訪法拉第，儘管法拉第69歲，麥克斯韋29歲，一個年近古稀，一個正值壯年，但完全沒有代溝，二人相見如故。

法拉第盛讚麥克斯韋：&34;，&34;，&34;

法拉第的話，像一盞明燈，照亮了麥克斯韋前進的道路，使他進一步領悟到，不僅要用數學的方法去解釋法拉第的學說，還應該用數學去突破和超越前輩的成就。

沿著這個思路，麥克斯韋繼續研究電與磁間的數學規律，其目的在於更深入地挖掘自然規律，更深刻地了解自然的設計。5年之後，即1861年，他在英國倫敦皇家學會《哲學學報》上又發表了第二篇電磁學的論文&34;。在這篇著名的論文裡，他大膽地引入了一個稱得上劃時代的新概念，這就是&34;。這一新概念的引入，不僅將電容器充放電的電路閉合，還打破了只有&34;才能產生磁場的傳統束縛。位移電流的劃時代意義還不僅如此，由於它的引入，更深刻地揭示了電磁規律在形式上的完美與對稱。在此基礎上，麥克斯韋建立了兩個非常精練的數學公式，這是兩個高度抽象的微分方程，只有幾個數學符號，看上去既對稱又簡單，其含義卻非常豐富，因而十分漂亮。物理規律的數學化不僅囿於它的簡單化，更重要的是深刻化，在數學化的同時，科學也在向著縱深發展。

麥克斯韋的微分方程不僅圓滿地解釋了法拉第電磁感應定律，還可以解釋迄今為止人們所看到的一切電磁現象。歸納起來，它包含兩個方面：一是當電場變化時，即引起磁場；一是當磁場變化時，又會產生電場，二者緊密相關，相互激發，互為因果。正是物理規律的數學化，使麥克斯韋大膽地預言，這種交變電磁場可以向外傳播出去，形成人們尚不知道的電磁波。這篇論文給當時人們的震撼可想而知。

1864年12月8日，麥克斯韋完成了更重要的第三篇論文&34;，他得到了一套非常完美的數學表述式，從中他有了一個更驚人的發現，這組方程竟然表達出一個波動方程！得到這個方程時，麥克斯韋有著難以掩飾的喜悅，他克制著內心的激動，立即根據波動方程的參數計算出波的傳播速度，得到的結果真是令人難以置信，電磁波動的傳播速度正好等於光速！這簡直把他驚呆了。這是一個戲劇性的發現，麥克斯韋把電磁規律數學化以後，竟然一下子揭示出了兩個驚天的秘密：電磁波是存在的，光就是電磁波！當時他計算出來的光速值是每秒310740000米。

麥克斯韋的這篇著名論文在1865年1月1日正式發表在英國倫敦皇家學會《哲學學報》雜誌上，以&34;為題刊出。在自然科學史上，只有一個領域的科學達到一定的高峰，才有可能出現以數學表述的形式，正是前任庫倫、奧斯特、安培、法拉第等人將電磁學發展到了一個個制高點，才使得麥克斯韋最後走向巔峰。

1873年，麥克斯韋的輝煌巨著《電磁學理論》出版了。麥克斯韋總結前人的成果，將全部電磁學理論用簡明、對稱、完美的數學形式表達出來，這就是成為經典電動力學基礎的麥克斯韋方程組。至此，宏觀世界紛繁複雜的電磁現象，全部歸納到了這組方程之中，沒有一個電磁現象能逃脫出這組方程之外。從這組方程出發，可以演繹出全部電磁規律來。

麥克斯韋方程組長這樣：

或許，並不是每一個人都能看懂這個公式，但任何一個能把公式看懂的人，都一定會感到背後有股涼風。它將高斯定律、磁高斯定律、法拉第定律、安培定律，完美的呈現了電場和磁場相互轉化所產生的對稱性，並統一了電磁場。和麥克斯韋性格一樣，這組方程低調、謙卑、內斂，卻蘊含豐富，成為了&34;。他突破了自然律，讓黑暗徹底消失。

這套完美、和諧又對稱的方程堪稱一個精美的傑作，它與牛頓力學方程式、愛因斯坦引力場方程、薛丁格方程、狄拉克方程一起，把物理學推向了最高境界，以最濃縮、最簡潔的數學語言，包含了最豐富的內容，揭示了物理世界的基本結構，成為物理學中最壯麗的詩篇。

麥克斯韋方程組的物理意義是：1.電場從電荷向外發散，體現了庫侖力的作用；2.單磁極是不存在的；3.變化的磁場產生電場；4.變化的電場、電流產生渦旋磁場。麥克斯韋的理論後來被德國物理學家赫茲的實驗所驗證。

麥克斯韋的思想遠遠地超越了他所生活的時代，當時的人們不相信有電磁波的存在，也不相信他的理論。他的短暫一生，始終處於不為人理解之中。中學時代，他的服飾不為人所理解，大學時代，他的語言不被聽者理解，到了後來，他的學說很長時間也難覓知音。他生前的榮譽遠不如法拉第，直到死後多年，

1888年，德國物理學家赫茲用麥克斯韋的理論在實驗中驗證了電磁波的存在，再由馬可尼和特斯拉發明了無線電，無線信號傳輸的歷史正式開始。人們才意識到，他是自牛頓以來，首位最偉大的物理和數學家。

圖2是2009年10月12日在喬治·愛丁堡大街，為麥克斯韋所建的塑像，麥克斯韋手中所持的是證實白色為複合色的七彩色盤。

麥克斯韋的偉大之處在於，他把電與磁做了有機的統一，是經典物理學的終結者。提出了將電、磁、光統歸為電磁場中現象的麥克斯韋方程組。從他之後，物理學就將踏入量子時代和相對論時代。其在電磁學領域的功績實現了物理學自艾薩克·牛頓後的第二次統一。

麥克斯韋1859年首先用概率論方法建立了氣體分子速度的分布律，後由路德維希·玻爾茲曼（1844-1906）推廣到氣體分子能量的分布，稱之為&34;。這一分布律成為研究分子運動的三大分布律之一，在量子效應不明顯的系統中與實驗符合的很好。

麥克斯韋在在熱力學與統計物理學方面麥克斯韋也作出了重要貢獻，他是氣體動理論的創始人之一。他首次用統計規律得出麥克斯韋速度分布律，從而找到了由微觀量求統計平均值的更確切的途徑。他引入了馳豫時間的概念，發展了一般形式的輸運理論，並把它應用於擴散、熱傳導和氣體內摩擦過程。

1879年11月5日，麥克斯韋因肺癌過早地去世。年僅48歲。他用不長的一生，為後世的物理學家樹立了一座仰之彌高的豐碑。

在被冷落了近一個世紀之後，在千禧年到來之際的1999年底，英國《物理世界》雜誌評選出有史以來最偉大的10位物理學家，他的名字在愛因斯坦和牛頓之後，成為第三人。

麥克斯韋被普遍認為是十九世紀物理學家中，對於二十世紀初物理學的巨大進展影響最為巨大的一位。他的科學工作為狹義相對論和量子力學打下理論基礎，是現代物理學的先聲。有觀點認為，他對物理學的發展做出的貢獻僅次於艾薩克·牛頓和阿爾伯特·愛因斯坦。在麥克斯韋百年誕辰時，愛因斯坦本人盛讚了麥克斯韋，稱其對於物理學做出了&34;。