预言电磁波的存在——关于科学的演讲经典篇目

绿萝 2025-06-19 10:10 浏览次

詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(1831-1879)，是英国著名的物理学家和数学家。麦克斯韦一生中主要从事的研究，包括分子物理学、电磁理论、统计物理学、力学、光学、弹性理论等。特别是麦克斯韦把电学、磁学、光学统一起来建立的电磁场理论，是物理学在19世纪最辉煌的成果是科学史上最伟大的发现之一。麦克斯韦预言了电磁波的存在。麦克斯韦主要从事有关电磁理论、分子物理学、光学、力学、统计物理学、弹性理论等方面的研究。特别是他建立的电磁场理论是科学史上最伟大发现之一。麦克斯韦预言的电磁波的存在这种理论后来也得到了充分的实验和验证。他为物理学可谓是树起了一座丰碑。

1855年，麦克斯韦开始对电磁学进行潜心的研究。他曾经对法拉第关于电磁学方面的新理论和思想有过很长一段时间的研究。他一直坚信法拉第的理论是包含着真理的。于是他产生了一个愿望，给法拉第的理论“提供数学方法基础”，他决心用清晰准确的数学形式把法拉第的天才思想表示出来。于是在前人成就的基础之上，麦克斯韦对整个电磁现象开始进行较为系统和全面的研究，凭借自己较高的数学造诣和丰富的想象力，他接连发表了3篇论文:《论法拉第的力线》《论物理的力线》和《电磁场的动力学理论》，这3篇论文都是关于电磁场理论的。论文对前人和自己的工作进行了总结，并用简洁、对称、完美的数学形式表述了电磁场理论，以上著作后来经过人整理，就成为麦克斯韦方程组。麦克斯韦方程组是经典电动力学的主要基础。1865年麦克斯韦宣布了电磁波的存在，并且还测算出电磁波的传播速度与光速相等，麦克斯韦得出了光是电磁波的一种形式的结论，以此揭示出了光现象和电磁现象两者之间的关系。德国物理学家赫兹在1888年再次用实验验证了电磁波的存在。

1873年，麦克斯韦出版了科学名著《电磁理论》。这本书较为全面地讲述了电磁场理论。电磁场理论成为经典物理学的主要支柱之一。麦克斯韦在热力学与统计物理学方面也做出过重要的贡献，是气体动理论的创始人之一。1859年麦克斯韦提出麦克斯韦速度分布律。1866年:分子按速度的分布函数的新推导方法被麦克斯韦发现，此方法依靠分析正向和反向碰撞为基础。麦克斯韦发展了一般形式的输运理论，其引人的是驰豫时间的概念，这个理论还被应用在扩散、热传导和气体内摩擦过程中。1867年麦克斯韦引人了这个术语--“计力学”。在运用数学工具分析物理问题和精确地表述科学思想方面，麦克斯韦是一位大师，麦克斯韦非常看重实验，据说由麦克斯韦负责建立的卡文迪许实验室最后发展成为了曾经举世闻名的学术中心之一。

一直到1820年，物理学的历程都是以牛顿的物理学思想为基础的，磁和静电遵守类似引力定律的平方反比定律早就已经被人们所知晓19世纪之前的40年当中，曾经出现过一种反对这种观点的声音，这些人赞成“力的相关”。1820年，电磁现象的发现立刻成了这种新趋势的极为有力的推动力，不过当时人们对此也感到困惑不已。碰巧在同一年，法国的科学家安培把奥斯特的发现用数学方法做了总结，创立起了电动力学，于是，电磁的作用与有关瞬时的超距作用的现存见解被迫随安培的人群给调和了起来。

麦克斯韦的电学研究是从1854年开始的，那时候他刚从剑桥毕业，当他读了法拉第的《电学实验研究》一书之后，由于完全被书中新颖的实验和见解吸引，对电学产生了浓厚的兴趣，当时法拉第的观点和理论曾经引起过不少的非议。原因有两方面，一个是人们当时受到“超距作用”的传统观念影响较深，另一方面也是因为法拉第的理论严谨性欠缺。法拉第虽然是实验大师，但他欠缺的是数学功力，他的创见多以直观形式去表达。一些物理学家由于恪守牛顿理论，对法拉第的学说无法接受。甚至有人宣称，谁对力线观念有疑惑就是对牛顿的渎!这种分歧在剑桥的学者中也颇为明显。麦克斯韦当时曾经给自己敬佩不已的汤姆逊写过一封信，汤姆逊是剑桥里很有见识的学者之一。信中麦克斯韦向汤姆逊求教有关电学的知识。比麦克斯韦大7岁的汤姆逊，在电学研究方面给予麦克斯韦许多指导，得到启示的麦克斯韦确信法拉第的理论中的真理。他在认真地研究法拉第著作之余强烈地感受到力线思想的宝贵价值,也发现了法拉第表述上的弱点。于是麦克斯韦决定用数学来弥补这一缺憾,并在 1855 年发表了第一篇论文《论法拉第的力线》。对电磁学和光学做出的巨大贡献使得麦克斯韦的名声大振，同时他在其他科学领域也做出过不少贡献，比如天文学和热力学。在气体运动学方面，麦克斯韦认为:所有的气体分子并非全都按照同一速度运动，一些分子运动慢,而一些分子运动则会比较快,甚至一些分子会高速度地运动,据此麦克斯韦还提出了麦克斯韦分布式,麦克斯韦分布式是应用最泛的科学公式之一,其在许多物理分支中都起到不可忽视的作用。

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