麦克斯韦方程组麦克斯韦小传

【麦克斯韦方程组】麦克斯韦小传

　　麦克斯韦是英国物理学家，是物理学上经典电磁理论的奠基人。

　　19世纪初提出的电磁理论，曾经导致了物理学界的一次革命。从奥斯特、安培发现电流的磁效应开始，到法拉弟对电磁学进行实验研究和完善，直至最终电磁学理论的建立，前后经历了半个世纪的历程。而最终用数理科学方法使电磁学理论体系建立起来的，就是物理学家麦克斯韦。麦克斯韦小传1

　　有人这样评价他为：“自牛顿以来最伟大的数学物理学家”，这可能有些夸大的成份，但是就麦克斯韦本人来说，应该赢得属于他的荣誉。在他生前，麦克斯韦本人的自负和谦虚使他并未享有他所应当享有的盛名，但是在今天，我们有必要去了解这个科学史上的伟人。因为不谈他的主要理论在今天科学世界的实际作用，就是他的其他的细小的理论成就也使我们今天的实际生活丰富和幸福，比如彩色电视和彩色照相。

　　所以，对于物理学家而言，麦克斯韦有权得到最高承认。

　　一、勤奋好学的少年

　　詹姆斯·克拉克·麦克斯韦1831年11月13日生于苏格兰古都爱丁堡，他是佩尼奎克的克拉克家族的后裔。麦克斯韦的母亲也是大家族的女儿，很有教养，是主教派教会的会员。麦克斯韦的启蒙教育是由母亲承担的，母亲教他读书，启发他的好奇心。但不幸的是麦克斯韦八岁时母亲死于肺结核。这种病在今天是不难治愈的，但在100多年以前，因为没有特效药，得肺病的人就如被判死刑。40多年以后，麦克斯韦也同母亲一样，死于同一病因，同一年龄。

　　麦克斯韦的父亲约翰是一名不随流俗的机械设计师，他对麦克斯韦的影响非常大。他是长老会教友，但思路开阔，思想敏锐，讲求实际，特别能干。家里的事情，不分巨细，他都料理得很好。修缮房屋，打扫庭院，给孩子们制做玩具，乃至裁剪衣服，他样样都能胜任。

　　母亲的去世对于未成年的麦克斯韦是一个无比沉重的打击。在生活上，这个家庭的生计变得日益艰难，在心灵上，给小麦克斯韦蒙上了驱不散的阻影。他深爱自己的母亲，后来他谈到母亲时曾说：“虽然我同母亲只相处了8年，并且一切均有我的父亲做伴，但多年来我总有丧母之忧，因而羡慕那些有母亲的人，他们生活得多么美满和幸福。”

　　母亲去世后，性格渐渐变得孤僻、内向的麦克斯韦便与父亲相依为命。能干的父亲担负起了抚养、教育他的全付担子。小麦克斯韦童年的最大乐趣，就是形影不离地跟着父亲，好奇地问这问那，给父亲当一个小小的帮手。父亲的倔强性格，心灵手巧以及做事的细致入微对麦克斯韦的影响非常深。

　　麦克斯韦10岁的时候，父亲把他送入了城里的爱丁堡公学就读。这所学校建于1824年，办学宗旨是按照英格兰的方法向苏格兰青年提供一种正统教育。因为在当时英格兰人看来，苏格兰人处于一种不文明不开化的状态之中，因而苏格兰式的教育方式不是正统的、正规的，所以真正称得上受过教育有

　　教养的人要按照英格兰式的方法接受英格兰的教育。

　　公学的校长约翰·威廉斯牧师就是一个接受过正统英格兰牛津教育的威尔士人。他为人豁达、风趣、开朗，办学上有见地。他使爱丁堡公学迅速英格兰化并使之成为苏格兰的一流学校。但是这所学校的大多数教职员都是苏格兰人，所以苏格兰的传统教育方法也体现在这所公学的某些方面。这样，年幼的麦克斯韦就处于苏格兰教育思想和英格兰教育思想的交织和对峙状况之中，并在这种矛盾和融合下发展，这种状况在他毕生事业中一直存在并对他的气质有着深刻的影响。

　　如果说这种潜移默化的冲突是一种长期性的隐性行为，那么小麦克斯韦首先要面对的是更为世俗的冲突，那就是城市与乡村的冲突。

　　麦克斯韦生长于父亲的老家盖洛韦乡村，因此操着浓浓的盖洛韦乡音。他是在学期中插班来上课的，第一天上课，就受到了同学们的嘲笑。那是在老师点名叫他回答问题的时候，麦克斯韦刚一开口，那浓重古怪的口音便引得同学们哄堂大笑。有一次因为他发音实在是太古怪了，连一位文绉绉的女教师都忍不住笑出了眼泪。因此老师们便很少再在课上向他提问，麦克斯韦也更趋于孤僻。

　　在服饰上，麦克斯韦也与众不同。在19世纪，英国人是十分讲究衣饰打扮的，女流以华贵为时髦，男子要戴高筒礼帽，穿着笔挺的衣服，衬衫的领子要做得硬梆梆的。而麦克斯韦那灵巧的父亲则认为这样的服饰一来不利于活动，二来洗起来也不方便，于是他自己动手设计、剪裁，按照苏格兰人简朴、实用的原则为儿子做了一套简便的紧身衣，可以不穿外套，也没有累赘的硬领。不仅如此，麦克斯韦的皮鞋也是父亲做的，也许是为了缝合时的方便，皮鞋头是方形的，鞋帮上用金属扣扣紧。

　　不料这些“奇装异服”使麦克斯韦成了同学们嘲笑和攻击的对象，城里孩子不仅讥笑他，排挤他，而且还撕破他的衣服，偷走他的腰带。他们还给他取了一个外号——“傻瓜”，这个外号在学生时代一直跟着他，实际上它的意思与其说是指愚蠢，更不如说是指古怪。

　　父亲见儿子如此受到侮辱，深感痛惜，决定不再让孩子穿自己设计的衣服。麦克斯韦尽管眼泪汪汪，但是却倔强地坚持要穿到底，因为他信任自己的父亲，认为他的设计是无可非议的，为此他决不向暴力屈服。

　　麦克斯韦依然穿着那样的服装进出课堂，为了捍卫自己的尊严，他转向 那些欺侮人的家伙，并且不停地挥舞拳头，打得他们不敢吱声。

　　城里的孩子发现这农村学生并不是可以随意欺侮的，于是开始有意地孤立他。麦克斯韦因此也很少与大家来往，课下，他总爱独自坐在树下读读诗歌，画一些只有自己才看得懂的图画，或者一个人躲在教室的角落里，专心致致地演算父亲给他出的数学题。在班里，面对同学的冷嘲热讽，他沉默着，但却从没低下头，当忍无可忍的时候，他就用尖刻的话语来回击。整个爱丁堡公学只有两个人与麦克斯韦要好——坎贝尔和泰特，他们也是在班里受欺侮的，三人同命相怜。这两个人后来也和麦克斯韦一样有作为，坎贝尔成了古典文学学者，泰特成了数学和物理学家（自然哲学家）。

　　麦克斯韦最初在爱丁堡公学时就是这样，尝尽了冷眼和孤独，但是天才的光芒是永远不会被埋没的。到了中年级的时候，奇迹出现了。在一次学校举行的数学和诗歌比赛中，麦克斯韦脱颖而出，一举夺得了两个项目的最高奖。结果一经公布，不仅让全班同学目瞪口呆，就连老师们也大感意外，他们这才意识到，班里这个独来独往的“傻瓜”原来有着如此的才华。

　　这次比赛改变了麦克斯韦在班上的地位，优秀的学生总是受人崇敬的。于是再也没有人取笑他的口音和衣服，同学们开始敬重他，有了疑难问题也都向他请教。麦克斯韦成了全校的尖子生，获得了许多奖励。

　　麦克斯韦的光彩，看起来象是突然迸发出来的，实际上这与他的勤奋刻苦是分不开的。他对数学和物理有着浓厚的兴趣，特别是数学。在数学方面，他很早就表现出较好的天赋。一次父亲教幼小的麦克斯韦练习画静物写生，所画对象是插满金菊的花瓶。画完后父亲一看，满纸涂得都是几何图形：花瓶是梯形，菊花成了大大小小的一簇圆圈，叶子用一些奇怪的三角形表示。

　　父亲见他对图形的把握性很强，又有空间立体感，于是便教他几何，后来又教他代数。麦克斯韦因此与数学结下了不解之缘，而且他的数学才华，很快突破了学校教授的范围。十四五岁的时候，他就自个儿发现了次多面体。他写了一篇论文，发表在《爱丁堡皇家学会学报》上，论文题目是讨论二次曲线的几何作图。这种曲线首先是被笛卡尔发现加以研究，并描述过绘制这种曲线的方法；但麦克斯韦这次所用的方法是崭新的。在那时，一个最高机构的学报刊登孩子的论文，是非常罕见的，麦克斯韦的父亲以此自豪。这篇论文的想法十分巧妙，而且显示出了麦克斯韦一生中治学的两个特色：严密性和对几何论证的偏爱，这正是苏格兰传统教育的体现。

　　这篇论文的最重要价值是使麦克斯韦进入到爱丁堡的学术界。他和父亲一起，出入于爱丁堡皇家学会的会议，也因此接触了更多的有识之士，增长了见识。

　　少年时代的麦克斯韦还酷爱诗歌，不仅爱读，而且擅写。他的诗自成一格，常常即兴而作，博得友人的喜爱。同学之间也常常传抄、朗诵。麦克斯韦从来没有想过当一名诗人，但他一生都没有放弃过写诗的爱好。

　　在中学时候，麦克斯韦常爱玩两种玩具，一是提螺，它类似于中国的空竹，玩的时候用绳子提拉，一面飞速旋转，一面发出嗡嗡的声响。据说麦克斯韦毕生都爱玩这个，还教他的朋友们玩。二是一种叫活动画筒的玩具，他也极感兴趣。这种玩具大概类似于万花筒。麦克斯韦的这两种游乐兴趣，并不仅仅是出于娱乐，因为这两种看似简单的玩具中，包含着复杂的科学原理。而在以后，这些原理都被他应用到科学上。

　　1847年，麦克斯韦16岁，中学毕业，进入爱丁堡大学学习。这里是苏格兰的最高学府。他是班上年纪最小的学生，但考试成绩却总是名列前茅。他在这里专攻数学物理，并且显示出非凡的才华。他读书非常用功，但并非死读书，在学习之余他仍然写诗，不知满足地读课外书，积累了相当广泛的知识。

　　在爱丁堡大学，麦克斯韦获得了攀登科学高峰所必备的基础训练。其中两个人对他影响最深，一是物理学家和登山家福布斯，一是逻辑学和形而上学教授哈密顿。福布斯是一个实验家，他培养了麦克斯韦对实验技术的浓厚兴趣，一个从事理论物理的人很难有这种兴趣。他强制麦克斯韦写作要条理清楚，并把自己对科学史的爱好传给麦克斯韦。哈密顿教授则用广博的学识影响着他，并用出色的怪异的批评能力刺激麦克斯韦去研究基础问题。

　　在这些有真才实学的人的影响下，加上麦克斯韦个人的天才和努力，麦克斯韦的学识一天天进步，他用三年时间就完成了四年的学业，相形之下，爱丁堡大学这个摇篮已经不能满足麦克斯韦的求知欲。为了进一步深造，1850年，他征得了父亲的同意，离开爱丁堡，到人才济济的剑桥去求学。

　　踏入电磁学的大门

　　电磁学是当时比较新的科学领域。

　　回顾电磁学的历史，物理学的历程一直到1820年的时候都是以牛顿的物理学思想为基础的。自然界的“力”——热、电、光、磁以及化学作用正在被逐渐归结为一系列流体的粒子间的瞬时吸引或排斥。人们已经知道磁和静电遵守类似引力定律的平方反比定律。在19世纪以前的40年中，出现了一种反对这种观点的动向，这种观点赞成“力的相关”。1820年，奥斯特发现的电磁现象马上成了这种新趋势的第一个证明和极为有力的推动力，但当时的人又对此捉摸不定和感到困惑。奥斯特所观察到的电流与磁体间的作用有两个基本点不同于已知的现象：它是由运动的电显示出来的，而且磁体既不被引向带电流的金属线，也不被它推开，而是对于它横向定位。同一年，法国科学家安培用数学方法总结了奥斯特的发现，并创立了电动力学，此后，安培和他的追随者们便力图使电磁的作用与有关瞬时的超距作用的现存见解调和起来。

　　那是在奥斯特的发现后不久，安培发现两个电流之间也存在一种力，并把所有的磁在起源上都是电的这一假说向前推进了一步。1826年，他建立了一个公式，这个公式把已知的磁现象和电磁现象归结为一种平方反比力，此力沿着两个间距为r的电流元的连线。于顺磁性与抗磁性的著作中，他提出了导磁性的概念。1852年，他写了一篇富有建树的概念性论文，在这篇论文中，他对磁现象和电磁现象作了一般定性描述，在描述中推广了邻接作用原理。他的推广基于以下假说，那就是：磁力线具有使本身缩短和从旁侧互相推斥的物理性质。麦克斯韦工作的主要功绩就是后来对这一假说进行了定量表述。

　　汤姆逊的贡献始于1841年，当时他还是一名剑桥大学的学生。他的第一篇论文在静电学方程与热流方程之间建立起形式上的类比，通过适当的代换，可将一个电学问题转换成热学理论问题。1845年，他在继续对法拉第的观点进行研究时提出了第一个对电力线的精确的数学描述。在电学历史上，汤姆逊的功绩是非凡的，他的方法和理论对麦克斯韦的研究有着举足轻重的作用。他第一次提出了电象方法、磁力与弹性固体转动应变之间的第二个形式类比，而最重要的是，随着他涉足热力学，还将能量原理应用于电学，作了许许多多工作。

　　麦克斯韦的电学研究始于1854年，当时他刚从剑桥毕业不过几星期。他读到了法拉第的《电学实验研究》，立即被书中新颖的实验和见解吸引住了。在当时人们对法拉第的观点和理论看法不一，有不少非议。最主要原因就是当时“超距作用”的传统观念影响很深。另一方面的原因就是法拉第的理论的严谨性还不够。法拉第是实验大师，有着常人所不及之处，但唯独欠缺数学功力，所以他的创见都是以直观形式来表达的。一般的物理学家恪守牛顿的物理学理论，对法拉第的学说感到不可思议。有位天文学家曾公开宣称：“谁要在确定的超距作用和模糊不清的力线观念中有所迟颖，那就是对牛顿的亵渎！”在剑桥的学者中，这种分歧也相当明显。汤姆逊也是剑桥里一名很有见识的学者之一。麦克斯韦对他敬佩不已，特意给汤姆逊写信，向他求教有关电学的知识。汤姆逊比麦克斯韦大7岁，对麦克斯韦从事电学研究给予过极大的帮助。在汤姆逊的指导下，麦克斯韦得到启示，相信法拉第的新论中有着不为人所了解的真理。认真地研究了法拉第的著作后，他感受到力线思想的宝贵价值，也看到法拉第在定性表述上的弱点。于是这个刚刚毕业的青年科学家决定用数学来弥补这一点。[NextPage]

　　1855年，麦克斯韦发表了第一篇关于电磁学的论文《论法拉第的力线》。论文分为两个部分，并有例子。论文的第一部分是对力线与不可压缩的流体流线之间类比的解释。同汤姆逊对于该题目的处理比起来，这篇论文包含的广度更大，而且它还包含一篇关于物理学不同分支之间类比的哲学意义的具有启发性的公开演讲。这是麦克斯韦后来不止一次谈及的问题。在1856年2月，他在剑桥使徒社俱乐部宣读了一篇题为《论自然界的类比》的论文，而《论法拉第的力线》中就包含有这篇论文的很多观点。不过不同的是，作为专门谈论类比问题的文章，《论自然界的类比》把论题放到了更为广泛的背景之下进行讨论，文体虽然含蓄隐晦，但包含着科学哲学思想的闪光之处。麦克斯韦受到康德的哲学观影响很深，他相信人的全部知识与其说是关于事物的，不如说是关于关系的。麦克斯韦在类比方法中所看到的用处是两重的，一是类比在不同领域间进行技术融合，二是类比是分析的抽象化与假说方法之间一个极好的折中。在实际科学研究的工作中，麦克斯韦注意到，把电流同象热传导与流体运动这样不同的现象类比，将使物理学家不致轻率地假定“电不是像水那样的物质就是象热那样的骚动状态？”。类比是几何的类比，是关系之间的相似性，不是有关事物之间的相似性。 在《论法拉第的力线》中，麦克斯韦首先阐述了有关流体的性质，以便于加以类比。他主要考虑到流体运动所通过的阻力介质，改进了流体动力学类比的陈述。他认为，当不可压缩的流体从一种介质进入具有不同多孔性的另一种介质时，流动是连续的，但在穿过边界时，压强差会增加。同样，当一种介质用具有不同多孔性的的另一种介质替换的时候，由于在边界引入适当的流体源，可以在形式上取得相同的结果。这些结果有助于计算，并有助于说明磁性材料和电介质材料中发生的若干过程。

　　麦克斯韦把类比应用于磁学，根据前人的结果他区分了两个矢量：磁感应力与磁力，后来他用符号B和H来表示。在流电学中，相应的量是电流密度I和电场强度E。B和H之间的区别提供了描述“磁晶感应”的钥匙，磁晶感应是法拉第在晶体磁性材料中观察到的一种力。麦克斯韦认为：这两个量B和H同磁力的两个定义是一样的，对并行发展的静磁力理论和电磁理论有着重大作用。因为在此之前，两个磁矢量B和H已经使很多科学家大伤脑筋，而麦克斯韦的类比讨论所确定的结果使得这一问题豁然开朗。

　　电流与磁力线之间存在着极为相似之处，法拉第曾定性地看到这一点，这也正是麦克斯韦论文第一部分结尾的论题。第二部分完全是涉及电磁学的。在这个部分，麦克斯韦发展了关于电磁过程的一个新的形式理论。出发点是一个闭合电路的磁效应与一个具有同样周长的均匀磁化铁壳的磁效应之间的同一性，这种同一性安培曾经确定过，在运用解析方法时，麦克斯韦仿效了汤姆逊的《磁学的数学理论》，并广泛运用了汤姆逊1847年首次证明的一条定理。麦克斯韦采取由汤姆逊开始的分析路线，列出了一个用于描述电流与磁力线的四个矢量之间关系的一套方程组。用这个方程可以得出电磁感应建立时的电动势和一个电磁系统的总能量，用新的函数提供了方程式以表示寻常磁作用、电磁感应及闭合电流之间的力。麦克斯韦循着法拉第对假想的物质应力状态的某些想法，把这种函数叫做电致紧张函数。

　　这篇论文是麦克斯韦迈入电磁学大门的第一步，虽然基本上是对法拉第力线概念的数学翻译，但却是重要的一步，因为麦克斯韦从入手就使用了数学方法，而且又是选定了法拉第学说的精髓——力线思想，来作自己研究的起点，这是非常具有开创性的。在论文中，麦克斯韦除了解释法拉第的工作和给出电致紧张函数外，还包含着许多新观念的萌芽。麦克斯韦在以后的工作使这些观念重新发出了活力和光彩。

　　经过了八年的艰苦努力，1873年，麦克斯韦的一部电磁学专著终于问世

　　了，书名叫作《电磁学通论》。

　　在《电磁学通论》中，麦克斯韦比以前更为彻底地应用了拉格朗日的方程，推广了动力学的形式体系。这一时期前后，英国和欧洲大陆的数学家中间普遍倾向于更广泛地在物理学问题中使用分析动力学的方法，麦克斯韦的做法与数学家的方法不谋而合。而且他的方法和见地新颖，使很多人为之吸引。通过把这种流行的研究倾向动用于电磁学，他使时尚变成了他特有的结果。麦克斯韦采用风格极为新式的关于项的对称性与矢量结构的论证，以最普遍的形式表示出电磁系统的拉格朗日函数。麦克斯韦对拉格朗日方法的运用，就其几乎是通往物理学理论的一条新途径来说，这是第一次尝试。过了很多年，其他物理学家才充分地运用这一方法来研究电磁学领域。

　　在《电磁学通论》中，麦克斯韦用了一章的篇幅专门来谈磁光效应。因为他卓有成效地应用了对称性的考虑，他就使汤姆逊1856年作出的论证有了一个坚实的严格的基础，并且证明凡是对偏振光平面旋转的动力学解释都必定依靠磁场中的局部旋转。在后来的理论中，磁感应强度是一个轴矢量，而物质中的电子则绕外加场进行运动：这些是分子涡旋假说背后的真理部分。独具匠心的是，麦克斯韦并没有使自己的思考局限于一般的对称性论证上，他通过试图想出反例的办法来检验这一理论，他曾说：“我也已尝试了除我已宣布的那些假说以外的许多重要假说来解释磁光效应，并且对于可能产生旋转的条件正好被一开始未看到的其他条件推翻的情况感到惊愕。”

　　在《电磁学通论》中，麦克斯韦在完成了动力学类比之后的下一步是导出一组描述电磁场的8个方程式。这组方程式是按照《电磁学通论》中所采用的形式，列出在带有辅助方程的表格中。这些方程式所体现的原理是：电磁过程是由各个电荷或磁化体各自独立地对周围空间作用传递的，而不是由直接的超距作用传递的。关于运动的带电体之间的力的公式确实可以从麦克斯韦方程中推导出来，但该作用并不是沿着它们的连线，因此，只要考虑到同场之间的动量交换，它就能同动力学原理调和一致。

　　麦克斯韦叙述道：这些方程式是可以精简的，但“在我们进行探究的这个阶段，去掉一个表达有用的量，是得不偿失的。”后来他在他的第五篇主要论文中，也就是他1868年的《关于光的电磁理论的注释》中，他简化了这些方程组。

　　《电磁学通论》是一部经典的电磁理论著作，在这本大部头的著作中，麦克斯韦系统地总结了人类在 19世纪中叶前后对电磁现象的探索研究轨迹，其中包括库仑、安培、奥斯特、法拉第等人的不可磨灭的功绩，更为细致、系统地概括了他本人的创造性努力的结果和成就，从而建立起完整的电磁学理论。这部巨著有着非同小可的历史意义，可与牛顿的《数学原理》（力学）、达尔文的《物种起源》（生物学）相提并论。从安培、奥斯特，经法拉第、汤姆逊最后到麦克斯韦，通过几代人的不懈努力，电磁理论的宏伟大厦，终于建立起来。

　　这本书的出版，理所当然地成了物理学界的一件大事，当时麦克斯韦只有42岁，已经回到剑桥任实验物理学的教授。人们早已通过他以前的几篇卓有见地的论文而熟识了他，他的朋友和学生以及科学界的人士对他的这本书更是期待已久，争相到各地书店去购买，以求先睹为快，所以书的第一版很快就被抢购一空。

　　《电磁学通论》一书虽然被一抢而空，但真正能够理解书中所述理论的却寥若星辰。过了一段时间，便有人发表文章，批评书的内容艰深难懂。在科学的道路上，这一切都是正常的，特别是高度抽象的麦克斯韦微分方程，毕竟不是1＋1=2这样的简单加法。仅仅用两个公式，几个数学符号，就包含了电荷、电流、电磁、光等自然界的一切与电磁有关的现象和规律，这在一般人的眼中和脑中，的确是不可思议的事情。另外，还有一个更主要的原因，那就是在麦克斯韦宣布了它的理论之后，一直还没有人真正发现电磁波，这使得他的理论更加陷入抽象。能否证明有电磁波存在，成了检验麦克斯韦理论的关键。所以许多物理学家都对此持怀疑态度，甚至连当年曾给予过麦克斯韦帮助的汤姆逊，也不敢肯定麦克斯韦的预言是否可信。

　　麦克斯韦的电磁理论，对物理学的贡献是超越时代的。但是，我们前面说过，麦克斯韦是一个思维跳跃性很大的人。在工作和科学上，他涉及的面也很广泛，在作出理论之后，他本人并没有再去深入钻研，去通过实验来发现电磁波，证实自己的理论。70年代以后，特别是他任剑桥实验物理学教授以后，由于环境和工作条件的限制，麦克斯韦一直没有更多的机会从事电磁学实验，而与此同时，他把大量的时间和精力，投入到热力学和分子物理学的研究中。另外，麦克斯韦在物理学史上，是一名理论物理学家，正如他的学生弗莱明后来对他的评价：

　　“他从理论角度预言了电磁波的存在，但似乎从未想过要用任何实验去证明它的存在。”麦克斯韦与法拉第不同，这一点我们前面已经谈过，法拉第一生都在从事着实验研究，可以说没有实验就没有法拉第的成就；而麦克斯韦截然不同，他在伦敦国王学院五年间，仅从事过一些有限的实验研究，而且大多是气体动力学方面的。在他的住所屋顶，有一间狭长的阁楼，那是他的实验室，里面设备相当简单、陈旧，他的妻子常常为他当助手，生火炉，用以调节室温，从事气体功力学实验。

　　由于以上的种种原因，电磁理论在诞生以后，有相当长的一段时间没有得到承认，最初只有剑桥大学的一些青年物理学家支持这个理论。大多数人，包括很多卓有成就，在物理学界颇具威望的科学家们，都对未经过证明的新理论持怀疑态度，一方面，麦克斯韦的理论完美可靠，运算缜密；另一方面，当时还没有人发现或测定确实有电磁波的存在，于是多数人都只是观望。劳厄在著述《物理学史》中曾对此作出评论道孙：

　　“尽管麦克斯韦的电磁理论具有内在的完美性，并和一切实际经验相符合，但它也只能逐步为物理学家们所接受。他的思想太不同寻常，甚至象赫尔姆霍茨和波尔兹曼这样有异常才能的人，为了理解电磁理论也用去了好几年的功夫。”

　　在麦克斯韦生命的最后几年，他把全部精力都花在了卡文迪许实验室的建立工作上。从1871直至1879年他去世，麦克斯韦埋头于剑桥，一面建立卡文迪许实验室，一面进行整理卡文迪许遗著的工作。1872年，这座实验室破土动工，1874年竣工，修建经费是由一位鼓励科学事业的公爵捐赠的。麦克斯韦和剑桥的几名科学家建筑师一起对卡文迪许实验室进行了非常详尽的设计、使这座实验室体现出许多独创的特征：它有宽敞的走廊和楼梯，因为实验室需要很大的水平距离和垂直距离；一个无铁的磁测量室，里面装有放置灵敏仪器的抗震桌，这些抗震桌又用从屋顶支架上垂下的钢琴弦维系着……在建造过程中，从建筑设计，到工程施工、仪器购置，乃至大门上的题词，麦克斯韦都亲自过问。1876年以后，为了维持实验室的运转，麦克斯韦还把自己的大量积蓄拿出来，用以添置设备。麦克斯韦是卡文迪许实验室的创建人，也是第一任主任，后来接替他工作的，有约瑟夫·汤姆逊，而后是卢瑟福，这些人都是后世鼎鼎大名的第一流物理学家。这座实验室在 20世纪，特别是在原子科学领域，培养出一大批优秀的科学人才。与建立实验室的工作同步，麦克斯韦在生命的最后几年中，从事着整理卡文迪许遗稿的工作。这也是那位公爵委托给他的任务。卡文迪许是18世纪一位性格孤僻的英国科学家，氢气就是他所发现的，水的化学成份也是他确定的，他还是第一个计算地球质量的人，在静电学上也很有研究。这个人终身未娶，为人腼腆，喜欢离群索居，在死后，留下了20多扎没有发表的科学手稿，大多是涉及数学和电学的，其中有很多有价值的东西被埋没了几乎半个世纪。整理这些科学资料，是一项非常必要而又细致的艰难的工作，麦克斯韦在这项工作上倾注了大量心血，作出了很大的牺牲，甚至放弃了自己的科学工作，耗尽了精力，终于使这笔宝贵的科学遗产免于埋没。

　　除了卡文迪许实验室的日常工作，麦克斯韦在剑桥每个学期还要担任一门课程的教学工作，内容是电磁学和热力学。于是课堂成了他传播自己理论的讲坛。他利用讲台，热心地宣传电磁理论，推广新的学说。可惜的是，他的听众并不多。他本身就不是一个善于讲演的讲师，更何况他所讲述的电磁学理论与当时的传统物理学大相径庭，而又如此高深。

　　1878年5月，他曾举行过一次有关电话的科学普及演讲，电话是当时的一个新生事物。1875年，贝尔发明电话，次年取得了专利；1877年，爱迪生发明了“炭纽”送话器。这些人类电讯史上的新发明引起了麦克斯韦莫大的兴趣，也许他当时曾有过某种预感，有一天他的理论将会对人类、对人类的文明事业作出贡献。

　　麦克斯韦生活的后期充满了不幸与苦恼。在事业上，他的学说不被时人所理解；在生活上，他的妻子长期患病。这两个不幸，使他精疲力尽。妻子病后，整个家庭的秩序陷于混乱。麦克斯韦是个对妻子体贴入微的人，为了看护照料她，麦克斯韦有时甚至整整三个星期没在床上睡过觉。就是在这样的情况下，他的演讲、他的授课，他的实验室工作，却从来没有中断过。然而，过度的焦虑和劳累，终于夺去了他的健康，他的同事们也注意到，这位无私的、有为的科学家正在渐渐消瘦下去，面色也愈来愈苍白。然而这个伟大的学者对科学的热忱和执着的追求，却从来没有衰退过。

　　1879年是麦克斯韦生命的最后一年，这一年的春天似乎来得很晚，天气乍暖还寒。麦克斯韦的健康状况已经明显恶化，他的病与40多年前母亲的病一样。就是这样，他仍然坚持着工作，仍然站在讲台上，宣讲他的电磁理论。在他的课堂上，这时只有两名学生，一个是来自美国的研究生，另一个就是后来发明了电子管的弗莱明。晚年，孤独、疾病、劳累、未老先衰伴随着他，而这个注定将要不朽的学者仍然倔强地、步履艰难地走上讲台，向人们宣讲自己的学说。

　　1879年11月5日，麦克斯韦因病不治去世，病因是肠癌，终年仅49岁。近代物理学史上一个可以与牛顿相提并论的伟人就这样早早去世了，这是科学界的一个重大损失，也是全人类的重大损失。他的理论为近代的科学事业开辟了一条崭新的道路，他的功绩在生前却未得到应有的重视。这位科学巨匠就这样在曲高和寡、默默无闻中死去了，在他死后的许多年，在另一个伟大的物理学家赫兹证明了电磁波存在以后，人们才意识到麦克斯韦的价值所在，并公认是“自牛顿以后世界上最伟大的数学物理学家”。

　　身后

　　赫兹是德国的一位青年物理学家。麦克斯韦的《电磁学通论》发表之时，他只16岁。在当时的德国，人们依然固守着牛顿的传统物理学观念，法拉第、麦克斯韦的理论对物质世界进行了崭新的描绘，但是违背了传统，因此在德国等欧洲中心地带毫无立足之地，甚而被当成奇谈怪论。当时支持电磁理论研究的，只有波尔茨曼和赫尔姆霍茨。赫兹后来成了赫姆霍茨的学生。在老师的影响下，赫兹对电磁学进行了深入的研究，在进行了物理事实的比较后，他确认，麦克斯韦的理论比传统的“超距理论”更令人信服。于是他决定用实验来证实这一点。

　　经过不懈的动力，1886年，赫兹经过反复实验，发明了一种电波环，用这种电波环作了一系列的实验，终于在1888年发现了人们怀疑和期待已久的电磁波。

　　赫兹的实验公布后，轰动了全世界的科学界，由法拉第开创、麦克斯韦总结的电磁理论，至此取得了决定性的胜利。麦克斯韦的伟大遗愿终于实现了。

　　这一年成了近代科技史上的一座里程碑，赫兹的发现具有划时代的意义，他不仅证实了麦克斯韦所发现的真理，更重要的影响是导致了无线电的诞生，开辟了电子技术的新纪元。更实际一点说，赫兹使麦克斯韦完美的创见变成了客观现实。

　　在这以后不久，人们将电磁波运用到实际生活的各个方面，无线电技术广泛涌现并投入应用：无线电报、无线电广播、无线电导航、无线电话、短波通讯、传真、电视、微波通讯、雷达以及遥控、遥测、卫星通信、射电天文……无一不是这一变革的产物，而这些现实生活中与人类密不可分的现代发明，又无一不是以麦克斯韦的电磁理论为基础的。正是因为麦克斯韦的电磁理论为契机，整个世界发生了飞速的变化，人类生活质量有了明显的提高，直至现在，麦克斯韦的电磁理论还在对我们的现实生活产生着深远的影响。

　　他的理论将永远光照史册！

　　来源：平安的博客

本文来源：https://www.oubohk.cn/wuli/332892/