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詹姆士·麥克斯韋：主要發現、理論觀點、生平故事、成長經歷、成就貢獻

生活百科磁場

1831年6月13日 ， 詹姆士·麥克斯韋出生在蘇格蘭愛丁堡一個很有名望的家庭 。其父對于實用的、技術性的學問很感興趣 ， 后來成為愛丁堡皇家學會成員 。8歲時 ， 母親去世 ， 在父親的引導下學習科學 。受其父親的影響 ， 麥克斯韋從小就進入科學界 ， 因而受到很多有益的影響 。
1847年 ， 16歲的他進入愛丁堡大學學習數學和物理學 ， 1850年 ， 他轉入劍橋大學 ， 在那里 ， 在著名數學家W·霍普金斯的指導下 ， 他取得了不菲的成績 。
1855年至1856年間 ， 麥克斯韋發表了第一篇電磁學方面的論文——《論法拉第的力線》 。這篇論文不僅以抽象的數學形式表示了法拉第直觀的力線圖像并推進了法拉第的實驗研究 ， 而且包含了一系列重要思想 ， 為以后的研究開拓了一條新路 。
1861年 ， 在對磁場變化產生感應電動勢的現象作了深入分析之后 ， 麥克斯韋敏銳地感覺到 ， 即使不存在導體回路 ， 變化的磁場通過媒質也會在其周圍激發出一種“場” ， 他把它當作感應或渦旋電場 。這是麥克斯韋為統一電磁理論所作的第一個重大假設 。1862年 ， 麥克斯韋發表了重要論文《論物理的力線》 ， 其中引進了“位移電流”的概念 。這是麥克斯韋理論思維的一個創造 ， 也是建立理論的一個關鍵步驟 。這使他可以把導體中的電流產生圍繞電流的磁力線和導體切割線時在導體中產生感生電流這兩個基本原理加以擴展 ， 形成下述兩個原理：空間里變化的電場產生磁場；空間里變化的磁場產生電場 。由此得到這樣一幅嶄新的物理圖景：交變的電場產生交變的磁場 ， 交變的磁場產生交變的電場 。這兩種相互聯系、相互激發的過程 ， 使電場和磁場形成統一的“電磁場” 。關于電磁場的完全的理論體系就這樣逐漸形成 。
1864年至1865年 ， 麥克斯韋發表了著名論文《電磁場的動力理論》 。在這篇論文里 ， 他得出了真空中的電磁場方程即麥克斯韋方程 。這個方程在電磁學中的地位 ， 相當于牛頓力學定律在經典力學中的地位 。其形式之簡潔、優美 ， 一直為科學界所稱道 。
1868年 ， 麥克斯韋發表了又一篇重要論文《關于光的電磁理論》 ， 明確地把光概括到電磁理論中 。這就是著名的光的電磁波學說 。到此為止 ， 麥克斯韋就把電學、磁學、光學這三個原來相互獨立的重要物理學研究領域結合起來 ， 完成了”世紀中葉物理學的一個重大綜合 。
此外 ， 繼法拉第之后 ， 麥克斯韋用數學的力量進一步排除超距作用力 ， 對物理學的發展具有深遠的意義 。因為如果不排除超距力 ， 就不會有電磁理論 ， 也不會有相對論 。如果用洛侖茲變換 ， 就可以從麥克斯韋推出光速不變的原理 ， 而這正是相對論的一個基本前提 ， 難怪愛因斯坦千再說 ， 狹義相對論的建立要歸功于麥克斯韋方程 。
1871年 ， 麥克斯韋任劍橋物理系主任 ， 成為劍橋大學第一個實驗物理學教授 ， 籌建并領導該校卡文迪物理實驗室 。這個名為實驗室而實為物理研究所的學術單位 ， 后來發展成為科學史上最重要的、最著名的學術中心之一 。
麥克斯韋的最大貢獻是建立了光的電磁理論 。早在上大學時 ， 他就意識到 ， 法拉第的理論正是建立新的物理理論的重要基礎 。他決心以數學手段彌補法拉第的不足 ， 以清晰準確的數學形式把法拉第的天才觀念表示出來 。

1873年 ， 麥克斯韋完成了經典著作《論電和磁》 ， 這部書被尊為牛頓《原理》一書以后最重要的一部物理學經典 。麥克斯韋的電磁學 ， 是人類知識寶庫中一份博大精深的科學遺產 。除了電磁學 ， 麥克斯韋對熱的分子動力論所做的貢獻也是突出的 。1871年 ， 麥克斯韋出版了《熱的理論》一書 。這本書表述了壓強、體積、熵、溫度等熱力學變量的偏導數之間的一些關系式 ， 即“麥克斯韋關系式” 。這些關系式在熱力學中的地位 ， 相當于麥克斯韋方程組在經典動力學中的地位 。
1879年 ， 麥克斯韋開始把注意力轉向氣體理論方面 。他利用數學統計的方法 ， 導出了分子運動麥克斯韋速度分布律 。這一成果可以看作經典統計物理學的起點 。除此之外 ， 麥克斯韋還進一步發展了哈密頓關于矢量分析和符號微分算子運用合理性的理論 ， 還在馬覺理論和色度學、土星光環的研究、幾何光學、伺服機構（節速器）光測彈性學、結構力學等不同的領域作出了重要貢獻 。同年11月5日 ， 麥克斯韋因癌癥不治去世 ， 終年49歲 。物理學史上一顆可以同牛頓交輝的巨星墜落了 。后人為了紀念他 ， 把磁通量的單位命名為麥克斯韋 。

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