問題描述:
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分析:
麥克斯韋是繼法拉第之後將電磁學融為壹體的偉大科學家。他基於庫侖、高斯、歐姆、安培、畢奧、薩伐爾、法拉第等前人的壹系列發現和實驗結果，建立了第壹個完整的電磁理論體系，不僅科學地預言了電磁波的存在，而且揭示了光、電、磁現象本質的統壹性，完成了物理學的又壹次偉大綜合。這壹理論自然科學的成就奠定了現代電力工業、電子工業和無線電工業的基礎。
麥克斯韋1831年6月出生於英國愛丁堡。他的父親是壹名律師，但他的主要興趣是制造各種機械和研究科學問題。他對科學的濃厚興趣對麥克斯韋的壹生產生了深遠的影響。麥克斯韋10歲進入愛丁堡中學，14歲發表了他的第壹篇科學論文《論橢圓曲線的機械繪制》，體現了他豐富的幾何和代數知識。16歲進入愛丁堡大學學習物理。三年後，他轉學到劍橋大學三壹學院。在劍橋求學時，他打下了紮實的數學基礎，這為他將數學分析與實驗研究緊密結合創造了條件。他讀了w·湯姆遜的科學著作，他對法拉第的新思想頗為認同，並仔細研讀了法拉第的著作《電的實驗研究》。在法拉第磁力線概念的指引下，通過這些看似混亂的實驗記錄，他看到其實有壹些簡單的規律貫穿其中。於是，他發表了第壹篇電磁學論文《論法拉第的磁力線》。本文對法拉第的磁力線概念進行了精確的數學表達，並由此導出了庫侖定律和高斯定律。本文僅局限於將法拉第的思想翻譯成數學語言，尚未引出新的成果。1862年，他發表了第二篇論文《論物理力的線條》，不僅進壹步發展了法拉第的思想，將其擴展到磁場的變化產生電場這壹點，而且得出了壹個新的結果:電場的變化產生磁場，預言了電磁波的存在，證明了這種波的速度與光速相等，揭示了光的電磁本質。這篇文章包括了麥克斯韋電磁理論研究的主要成果。1864年，他的第三篇論文《電磁場動力學理論》以幾個基本的實驗事實為基礎，從場論的觀點出發，通過演繹建立了系統的電磁理論。1873年出版的《電與磁》壹書，是壹部具有劃時代意義的著作，在電磁學方面取得了巨大成就，全面總結了19世紀中葉以前關於電磁現象的研究成果，建立了完整的電磁學理論體系。這是壹部可以與牛頓的自然哲學數學原理、達爾文的《物種起源》和賴爾的《地質學原理》相媲美的裏程碑式的著作。
在總結前人工作的基礎上，麥克斯韋引入了位移電流的概念，建立了壹組微分方程。這組方程組確定了電荷、電流(運動電荷)、電場和磁場之間的壹般關系，是電磁學的基本方程。麥克斯韋方程組表明，只要空間某處存在變化的磁場，就可以激發出渦旋電場，變化的電場可以激發出渦旋磁場。交變的電場和磁場相互激發，形成連續的電磁振蕩，即電磁波。麥克斯韋方程還表明電磁波的速度只隨介質的電性和磁性而變化，證明了電微波在以太(即真空)中的傳播速度與光在真空中的傳播速度相等。這不是偶然的巧合，而是因為光和電磁波本質上是壹樣的。光是具有壹定波長的電磁波，這是麥克斯韋創立的光的電磁理論。
麥克斯韋被大多數現代物理學家視為19世紀的科學家，但他對20世紀的物理學產生了巨大的影響。他和牛頓、愛因斯坦壹樣有名。1931年，愛因斯坦在麥克斯韋百年誕辰時指出，麥克斯韋的工作是“自牛頓以來物理學中最深刻、最有成果的工作”，改變了物理實在的概念。麥克斯韋的電磁輻射概念和他的場方程是基於法拉第對電和磁力線的實驗觀察，由此引出愛因斯坦的狹義相對論，確立了質能等效原理。使麥克斯韋成為歷史上最偉大的科學家之壹的工作是他對電磁學的研究。麥克斯韋說，他最重要的工作是用數學方法表達法拉第的物理觀點。麥克斯韋曾經說過，電磁波可以在實驗室裏產生。這種可能性最早是赫茲在1887年實現的，當時麥克斯韋已經去世8年了。因此，具有廣泛應用價值的無線電工業實際上來自麥克斯韋的著作。除了電磁理論，麥克斯韋在物理學的其他領域也做出了巨大貢獻。麥克斯韋在20多歲時寫了壹篇關於土星的論文，證實了土星周圍所有的變化都是由壹塊塊非粘性物質組成的。100多年後，當壹個航海家太空投機者到達土星周圍時，這個理論被證實了。1871年，麥克斯韋被選為卡文迪許教授。他設計了卡文迪什實驗室，並親自監督施工。
麥克斯韋的主要科學貢獻在電磁學方面，同時在天體物理學、氣體分子運動理論、熱力學和統計物理學方面也有突出的成就。正如量子論創始人馬克斯·普朗克(Max Plank L858-1947)指出:“麥克斯韋的光輝名字將永遠鐫刻在經典物理學家的門上，永遠閃耀。從籍貫來說，他屬於愛丁堡；個人認為，他屬於劍橋大學；就功績而言，他屬於全世界。”