你能想象如果没有手机、收音机，甚至没有彩色电视，我们的生活会是什么样吗？詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(James Clerk Maxwell)在一定程度上使这些技术成为可能。麦克斯韦因其在电磁学方面的工作而闻名，他为这些现代设备和后来科学家们的研究奠定了基础，例如阿尔伯特·爱因斯坦。麦克斯韦的工作并不只局限于单一的物理领域，他还对天文学、热力学、彩色摄影等做出了贡献。
早期对科学界的贡献
1831 年 6 月 13 日，麦克斯韦出生于苏格兰的爱丁堡。起初，他的母亲在家中教麦克斯韦读书。他是一个非常聪明的孩子，8 岁时就能引用弥尔顿的作品和《圣经》中的长篇文章。大约在这个时候，他的母亲去世了。于是他的父亲便给他安排了一位家庭教师，然而家教却称麦克斯韦学习进度缓慢。麦克斯韦的父亲和姑姑对此说法十分不满，并决定将麦克斯韦送到爱丁堡学院。
James Clerk Maxwell。公共领域的图像，源自Wikimedia Commons。
麦克斯韦 14 岁时就在爱丁堡学院发表了他的第一篇学术论文。他研究了椭圆曲线(利用缝线和钉子追踪轨迹)并对椭圆作了定义。这项工作并不是一项创新研究，笛卡尔在早前便定义了这些曲线，但麦克斯韦对他的方法进行了大大简化。两年后，麦克斯韦开始在爱丁堡大学学习，在此期间他又发表了两篇论文：一篇关于滚动曲线，另一篇关于弹性固体的平衡方程。
1850 年，麦克斯韦开始就读于剑桥的三一学院。在那里，他遇到了“Wrangler 制造者”威廉·霍普金斯(译者注：Wrangler是 剑桥大学数学系最顶尖毕业生的荣誉称谓)。霍普金斯发现了麦克斯韦的才能，将他纳入麾下。在此之前，麦克斯韦从不关心学习成绩(通常是专注于自己的研究)，但在霍普金斯的帮助下，他的成绩位列数学系第二名，并在毕业时获得了史密斯奖。
在完成自己的学业后，麦克斯韦在苏格兰度过了几年，担任马歇尔学院的教授。之后他回到伦敦，在伦敦国王学院担任自然哲学教授。接下来的 5 年标志着麦克斯韦成就的巅峰……
推动电磁学发展
麦克斯韦最令人瞩目的成就是在电磁学领域。他想在迈克尔·法拉第早期关于电场线和磁场线工作的基础上，将物理概念用数学形式表示。他创建了麦克斯韦方程组，用于描述电场和磁场的产生原理以及两场之间的相互作用。
此外，麦克斯韦还将电场和磁场与光联系起来。他首先构建了一个实验来证明法拉第的电磁感应概念，展示了变化的磁场是如何产生电磁场的。利用这个装置，他成功计算出电磁波的速度，并发现它几乎与光速相同。麦克斯韦随即推测，光是电磁现象的众多副产品之一。此外，他还预测可以在实验室中创造电磁波。这一预测后来被海因里希·赫兹证明，启迪了无线电波的发现。
彩色成像
麦克斯韦还曾尝试回答以下问题：为什么混合不同颜色的光和混合不同颜色的油漆会产生不一样的结果？此前，托马斯·杨等物理学家们推测，眼睛包含三种颜色感受器，但没有人能够确定它们分别对应哪三种颜色。
麦克斯韦证明了杨的想法，还演示了如何将它应用在颜色感知上。他推测，光的原色实际上是红色、蓝色和绿色（现在称为麦克斯韦颜色三角形）。利用他在机械建模方面的天赋，他构建了一个实验，包含以下过程：
- 通过红色、绿色和蓝色滤镜拍摄照片
- 投影一张透明图像
- 再次应用三种颜色的滤镜
结果会怎样呢？出现了第一张彩色照片！
第一张彩色照片，拍摄于 1861 年的丝带。公共领域的图像，源自Wikimedia Commons。
其他著名的贡献
另一个麦克斯韦卓有贡献的领域是天文学。200 多年来，科学家们一直想知道土星环是如何保持如此稳定的状态。麦克斯韦发现环必须由独立的粒子组成，而不是流体或固体物质。100 年以后，航海者号太空探测器证实了这一想法。
紫外光下的土星和它的光环。公共领域的图片，NASA 拍摄，源自Wikimedia Commons。
其他麦克斯韦做出贡献的领域包括：
- 热力学
- 气体动力学理论
- 信息论
- 控制论
- 控制理论(例如，用于离心调速器)
- 量子力学
麦克斯韦的知识遗产
由于在科学领域的成就，麦克斯韦成为第一位卡文迪许物理学教授。他还是伦敦和阿姆斯特丹皇家学会的成员，获得了亚当斯奖、拉姆福德奖章和凯斯勋章等。
如今，麦克斯韦是被公认的第三伟大的现代科学家，仅次于牛顿和爱因斯坦。爱因斯坦也曾说过：“我不是站在牛顿的肩膀上，而是站在麦克斯韦的肩膀上” 。
为了纪念他的成就，我们在此祝麦克斯韦诞辰快乐！
延伸阅读
- 查阅以下资源，了解有关麦克斯韦的更多信息：
- 了解其他有影响力的科学家：
评论 (0)