麦克斯韦简介
詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（James Clerk Maxwell 1831--1879)
詹姆斯·克拉克·麦克斯韦是19世纪伟大的英国物理学家、数学家。1831年 11月13日生于苏格兰的爱丁堡，自幼聪颖，父亲是个知识渊博的律师，使麦 克斯韦从小受到良好的教育。10岁时进入爱丁堡中学学习14岁就在爱丁堡皇
家学会会刊上发表了一篇关于二次曲线作图问题的论文，已显露出出众的才华。1847年进入爱丁堡大学学习数学和物理。1850年转入剑桥大学三一学院数学系学习，1854年以第二名的成绩获史密斯奖学金，毕业留校任职两年。1856年在苏格兰阿伯丁的马里沙耳任自然哲学教授。1860年到伦敦国王学院任自然哲学
和天文学教授。1861年选为伦敦皇家学会会员。1865年春辞去教职回到家乡系统地总结他的关于电磁学的研究成果，完成了电磁场理论的经典巨著《论电和磁》，并于1873年出版，1871年受聘为剑桥大学新设立的卡文迪什试验物理 学教授，负责筹建著名的卡文迪什实验室，1874年建成后担任这个实验室的第
一任主任，直到1879年11月5日在剑桥逝世。
麦克斯韦主要从事电磁理论、分子物理学、统计物理学、光学、力学、弹
性理论方面的研究。尤其是他建立的电磁场理论，将电学、磁学、光学统一起来，是19世纪物理学发展的最光辉的成果，是科学史上最伟大的综合之一。他预言了电磁波的存在。这种理论遇见后来得到了充分的实验验证。他为物理学
树起了一座丰碑。造福于人类的无线电技术，就是以电磁场理论为基础发展起
来的。
麦克斯韦大约于1855年开始研究电磁学，在潜心研究了法拉第关于电磁学方面的新理论和思想之后，坚信法拉第的新理论包含着真理。于是他抱着给法拉第
的理论“提供数学方法基础”的愿望，决心把法拉第的天才思想以清晰准确的
数学形式表示出来。他在前人成就的基础上，对整个电磁现象作了系统、全面
的研究，凭借他高深的数学造诣和丰富的想象力接连发表了电磁场理论的三篇
论文：《论法拉第的力线》（1855年12 月至1856年2月）；《论物理的力线》（1861至1862年）；《电磁场的动力学理论》（1864年12月8日）。对前人和他自己的工作进行了综合概括，将电磁场理论用简洁、对称、完美数学形式
表示出来，经后人整理和改写，成为经典电动力学主要基础的麦克斯韦方程组。据此，1865年他预言了电磁波的存在，电磁波只可能是横波，并计算了电磁波
的传播速度等于光速，同时得出结论：光是电磁波的一种形式，揭示了光现象
和电磁现象之间的联系。1888年德国物理学家赫兹用实验验证了电磁波的存在。麦克斯韦于1873年出版了科学名著《电磁理论》。系统、全面、完美地阐述了电磁场理论。这一理论成为经典物理学的重要支柱之一。在热力学与统计物理
学方面麦克斯韦也作出了重要贡献，他是气体动理论的创始人之一。1859年他
首次用统计规律得出麦克斯韦速度分布律，从而到了由微观两求统计平均值
的更确切的途径。1866年他给出了分子按速度的分布函数的新推导方法，这种
pnas方法是以分析正向和反向碰撞为基础的。他引入了驰豫时间的概念，发展了一
般形式的输运理论，并把它应用于扩散、热传导和气体内摩擦过程。1867年引
入了“统计力学”这个术语。麦克斯韦是运用数学工具分析物理问题和精确地
表述科学思想的大师，他非常重视实验，由他负责建立起来的卡文迪什实验室，在他和以后几位主任的领导下，发展成为举世闻名的学术中心之一。他善于从
实验出发，经过敏锐的观察思考，应用娴熟的数学技巧，从缜密的分析和推理，大胆地提出有实验基础的假设，建立新的理论，再使理论及其预言的结论接受
实验检验，逐渐完善，形成系统、完整的理论。特别是汤姆孙W卓有成效地运
用类比的方法使麦克斯韦深受启示，使他成为建立各种模型来类比研究不同物
理现象的能手。在他的电磁场理论的三篇论文中多次使用了类比研究方法，寻
到了不同现象之间的联系，从而逐步揭示了科学真理。
麦克斯韦严谨的科学态度和科学研究方法是人类极其宝贵的精神财富。
父亲的影响
在科学史上，一些重大的理论，常常要靠许多人的前赴后继、不辞劳苦的
努力，才能创立起来。19世纪，导致物理学爆发一场革命的电磁理论的创立，
就是这样的。从奥斯特、安培发现电流的磁效应开始，经过法拉第的奠基，到
理论的完成，前后经历了半个多世纪。最后完成这个理论的人，是英国杰出的
光电效应测普朗克常数数学家物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦。
麦克斯韦比法拉第小40岁。1831年11月13日，他生在苏格兰古都爱丁堡，跟电话发明家贝尔（1847～1922）是同乡。法拉第发现电磁感应恰好也在1831年。这一年就成了电学史上值得纪念的一年。
麦克斯韦的父亲约翰·克拉克·麦克斯韦，是个热衷于技术和建筑设计的
律师，对麦克斯韦的一生影响很大。约翰·克拉克·麦克斯韦思想开通，讲究
实际，非常能干。家里的大小事情，从修缮房屋、剪裁衣服到制作玩具，他样
样都会做。他在爱丁堡附近的乡下有座庄园，麦克斯韦的童年就是在这座庄园
里度过的。这个孩子从小喜欢思考问题，很受父母宠爱。小家伙跟着父母出去玩，一张小嘴总要不停地提出各种各样的问题。沿途所见，从路边的桑树、脚
下的石块，直到行人的穿着表情，都成了他发问的内容。有些幼稚可笑的问题，常常把过路人也逗乐了。一次他们看见路旁停着一辆空马车，两岁的麦克斯韦
突然问父亲：“爸爸，你看那辆马车为什么不走呢？”父亲信口回答：“它在
休息。”“它为什么要休息呢？”“大约累了吧，”父亲敷衍说。“不，”儿
子纠正说，“它是肚子痛！”“不是肚子痛，是累了。”
“不是累了，是肚子痛！”儿子一口咬定。父亲忍不住笑了起来。后来， 麦克斯韦稍大一点，提的问题更有意思了，比如“树木为什么向天上长”呀，
“蚂蚁会不会说话”呀。有一天，麦克斯韦的姨妈给他带来一篮苹果。小
家伙缠住她问：“苹果为什么是红的？”姨妈被这个突然的问题难住了，一时
不知道怎样回答才好。为了摆脱窘境，她就叫麦克斯韦去吹肥皂泡玩，谁知道
个主意更糟了。肥皂泡在阳光下呈现出美丽的五颜六，使得麦克斯韦又惊又喜，向她提出了更多的关于颜的问题。父亲见儿子对自然感兴趣，非常高兴，后来就带他去听爱丁堡皇家学会的科学讲座，当时他的个头还没有讲台高呢！
约翰·克拉克·麦克斯韦本人是皇家学会的活跃分子，儿子跟随他经常出入科诉求对象
学界，受到不少熏陶。
麦克斯韦童年的欢乐是短暂的。他八岁那年，母亲患不幸去世。这
种病在今天是不难治好的，但是在一个世纪以前的当时，却是不治之症。因为
那时没有特效药，一个人得了肺病，就等于判了死刑。和麦克斯韦同时代的英
国女作家夏洛蒂·勃朗特（《简·爱》作者）三姊妹，贝尔的两个兄弟，都是因为患肺病夭折的。
母亲去世以后，麦克斯韦的父亲挑起了哺养、教育儿子的全部担子。他既
是父亲，又兼做母亲，操了不少心。幼年丧母本来是不幸的，麦克斯韦失去母爱，性情渐渐变得孤僻、内向。他最大的快乐，是形影不离地跟着父亲走，给
父亲当个小小的帮手。父子两人朝夕相处，相依为命，关系非常亲密。
麦克斯韦 10岁那年，进了爱丁堡中学。中学的生活充满了喧闹和戏剧性。他是在学期中间插班的，第一天上课就受到全班的嘲笑。几个调皮学生看到这
个新来的同伴怯生、腼腆，直向他扮鬼脸。由于麦克斯韦童年一直在父亲乡下
的庄园里生活，讲话有很重的乡土音。当老师点名叫他回答问题的时候，他刚
一开口就引起哄堂大笑。有一次，大约因为发音太怪，连一位文质彬彬的女教
师都忍不住笑出泪来。从此老师就很少提问他了。更糟的是，他的衣服全是父
亲做的，与众不同。19世纪英国的服装很讲究。妇女把华丽当做时髦。男人却
讲究戴高筒礼帽，不论老少，脖子上还要围一条紧绷绷的硬领。麦克斯韦的父
亲认为这不但系起来不方便，而且也不卫生。他不顾习俗，给儿子来了个小小
的服装改革。这个多才多艺的律师亲自设计、亲手剪裁，替麦克斯韦做了一套
简便的紧身服，可以不用穿外套，并且甩掉硬领的累赘。麦克斯韦的皮鞋也是
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父亲做的，大约是为了缝合的方便，皮鞋头是方的，鞋帮上还有金属纽扣。没
料到，这些“奇装异服”却给麦克斯韦招来了许多屈辱。他在班上成了一只名
副其实的“丑小鸭”，处处被排挤，受讥笑。每次放学回家，他不是紧身服被
人扯破，就是腰带不翼而飞。父亲看到这种情景，痛惜地摇摇头，决定取消这
不走运的“服装改革”，儿子尽管眼泪汪汪，却顽强地要坚持穿到底，因为他
相信父亲的设计是无可非议的，他不愿向暴力屈服。
数学才华
麦克斯韦照样穿着父亲做的衣服进出课堂。他为了保持服装的整洁，常常
要用拳头自卫。
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同学们发现这个新生并不是可以随便欺侮的，就有意孤立他。麦克斯韦本
来就怕羞，现在更不愿意和大家往来了。在班里，面对着同学们的热嘲冷讽，
他沉默着，但是却从来没有低过头。在忍无可忍的时候，他就用尖刻、辛辣的
话来进行回击。下课以后，他总爱独自坐在树下读歌谣，画一些只有他自己才
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看得懂的图画。要不，他就一个人躲在教室的角落里，专心致志地演算父亲给
他出的数学题。同班同学都不理解他，老师也认为他是个古怪的孩子。大家暗
中给他取了个外号，叫他“瓜娃”。整个爱丁堡中学，只有低年级的两个学生
跟他很友好。那两个学生在班上大约也是受气的，可以说是同病相怜。
就这样，麦克斯韦在冷眼中度过了中学的最初时光。
谁也没有想到，到了中年级的时候，出现了奇迹。一次学校里举行数学和
诗歌比赛，评选揭晓的时候，爆了个大冷门：两个科目的一等奖都由同一个人
获得。这个出类拔萃的少年不是别人，而是一向不被人看在眼里的麦克斯韦！
这不但使全班同学惊奇得睁大了眼睛，连级任老师也感到意外。他们这才发现，这只灰的“丑小鸭”原来是一只白天鹅。
这次比赛改变了麦克斯韦在班里的地位。优等生总是受崇拜的，再也没有
谁取笑他的服装和说话的声音了，同学们开始尊敬他，向他请教疑难问题。麦
克斯韦成为全校拔尖的学生，获得了许多奖励。他的光彩，看起来有些像彗星
那样突然出现，实际上却是刻苦学习的结果。麦克斯韦对数学、物理学有浓厚
的兴趣，尤其喜欢数学。他的数学天赋，最早是父亲在无意中发现的。在麦克
斯韦还只有几岁的时候，有一天，父亲叫他画插满金菊的花瓶。麦克斯韦画完
交卷的时候，父亲拿过他的画，边看边笑了起来。因为满纸涂的都是几何图形：花瓶是梯形，菊花成了大大小小一簇圆圈，还有一些奇奇怪怪的三角，大概是
表示叶子的。从这以后，父亲就开始教他几何学，过后又教他代数。于是，他和数学结下了不解之缘。后来，他在数学竞赛中夺得了冠军，决不是偶然的。
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