环球科学朝圣

第四节 麦克斯韦超越时代的伟大与不幸

　　卡文迪什实验室在筹建期间，剑桥人最关心的就是由谁来担任它的第一任教授。当时有许多热门人选，但最终宣布的人选却令很多人大失所望，因为新教授是当时还鲜为人知的麦克斯韦。

　　麦克斯韦是电磁学的奠基人，而在他接受任命的时候，他那部跨时代的电磁学着作《电学与磁学论》还没有出版，人们对他缺乏了解。但事实证明，当年剑桥大学的选择是极其正确的，正是麦克斯韦用他的激情与智慧，为卡文迪什实验室的百年辉煌打下了坚实的基础。

　　麦克斯韦出生在苏格兰古都爱丁堡。他的父亲是个热衷于建筑设计的工程师。有一次，他在桌上摆了一瓶花，教儿子写生。过了一会儿，小麦克斯韦把他的“作品”交了上来。父亲接过来一看，不由得吃了一惊，只见纸上画满了几何图形，大大小小的圆圈是花朵，长长短短的三角形是叶子，那个大大的梯型是花瓶。父亲断定儿子是个数学天才，就开始教他学习几何、代数。

　　麦克斯韦的确是个天才。他还没满15岁，就写出了一篇数学论文，发表在《爱丁堡皇家学会学报》上。这篇论文讨论的是二次曲线的几何作图。据说这个问题当时只有大数学家笛卡儿研究过，而麦克斯韦的方法要比笛卡儿的方法还要简便。1846年4月，这篇论文将拿到苏格兰皇家学会上宣读。通常宣读论文的都是作者本人，但主办者考虑到麦克斯韦的年龄太小了，才由一位教授代为宣读。

　　1847年秋天，麦克斯韦考进了苏格兰最高学府爱丁堡大学，专门攻读数学和物理学。他是班上年纪最小的学生，座位在最前排，但考试成绩总是名列前茅，而且还能发现老师在讲课中出现的错误。有一次，一位讲师正在讲课，麦克斯韦忽然举起手来，说讲师讲的公式有错误。那个讲师很自信，反过来挖苦他说：“如果你是对了，那我就把它叫做麦氏公式！”事后，那位讲师做了验算，果然是自己讲错了。为了进一步深造，在征得了父亲的同意后，麦克斯韦于1850年离开了爱丁堡大学，转到了人才辈出的剑桥大学学习。

　　麦克斯韦进入剑桥大学的第二年，就获得了奖学金。当时的大学生大多数都是自费，获得奖学金的总是那些最勤奋的学生。尽管麦克斯韦是个奇才，在学习方法上却有问题。他读书如饥似渴，却不讲究系统性，碰到什么就读什么，漫无边际，像一个性急的猎手。

　　幸运的是，有个偶然的机会，麦克斯韦遇上了剑桥大学着名的数学家霍普金斯。有一天，霍普金斯到图书馆借书，他要的一本数学专着恰巧被人借去了。

　　这本专着一般人是读不懂的，霍普金斯教授有些诧异，便向管理员询问借书人的名字，管理员就把麦克斯韦这个名字告诉了他。

　　霍普金斯在图书馆里找到了麦克斯韦，看见他正在埋头做摘抄，笔记上涂得乱七八糟。霍普金斯半认真半开玩笑地对他说：“小伙子，如果没有秩序，你永远成不了优秀的数学物理学家！”从这以后，麦克斯韦成了霍普金斯的研究生。在霍普金斯的指导下，麦克斯韦不仅在运用数学方法解决物理问题方面突飞猛进，学习方法也有了很大改进。

　　麦克斯韦以数学优等第二名的成绩毕业后，就留在剑桥大学工作。当时，很多理论物理学家都不承认法拉第的学说，这主要是因为法拉第的数学功夫不够，他的很多创见都是用直观形式表达出来的。麦克斯韦毕业后的第二年就发表了《论法拉第的力线》，这表明他接过了法拉第点燃的火炬，开始向电磁领域的纵深挺进。就在这时候，他接到一封家信。

　　这是他年老体弱的父亲请别人代写的。麦克斯韦读过信后，得知父亲健康状况恶化，突然病倒在床，心里十分难过。

　　为了能就近照顾父亲，麦克斯韦离开了剑桥大学，来到离家不远的马锐斯凯尔学院任教。麦克斯韦平时就养成了语速极快的说话习惯，说起话来好像机关枪扫射一般。他第一次登台讲课，还是改不了这个习惯，一节课的内容半节课就讲完了。他见学生们没有听懂，就再讲一遍，可是学生们的思维还是跟不上他的舌头。

　　学生们的不满很快就被转达给了麦克斯韦，他决心改掉自己的毛病。于是，每天一大早，他就夹着讲义，独自来到校园的小花园里，对着一棵高大的刺玫瑰练习讲演。

　　经过一段时间的努力，麦克斯韦的语速变慢了，再也没有学生反映听不懂他讲课了。

　　转眼间四个年头过去了，马锐斯凯尔学院与其他学院合并了，麦克斯韦主持的讲座也被取消了。28岁的麦克斯韦离开阿伯丁，到伦敦国王学院任教。

　　麦克斯韦来到伦敦后，特地前去拜访法拉第。这一年法拉第已是70岁高龄，麦克斯韦比他年轻40岁。他同麦克斯韦一见如故，亲切地交谈起来。当谈到麦克斯韦写的那篇论文时，法拉第高兴地说：“当我知道你把数学用到了这里来，我几乎吓坏了。但我惊讶地看到，你处理得很好啊！”

　　“先生能给我指出论文的缺点吗？”麦克斯韦腼腆地说。

　　“这是一篇出色的文章，”法拉第想了想又说，“可是你不应当停留在用数学来解释我的观点，而应该突破它。”

　　法拉第的话像一盏明灯，照亮了麦克斯韦去攀登经典电磁理论的顶峰。1862年，麦克斯韦发表了他的第二篇电磁学论文《论物理学的力线》。

　　在这篇论文中，麦克斯韦引进了“位移电流”的概念。根据这个科学假设，麦克斯韦推导出了两个高度抽象的微分方程式，这就是着名的麦克斯韦方程式。这组方程式从两方面发展了法拉第的成就：一是不但变化着的磁场能产生电场，变化着的电场也能产生磁场；二是完满地解释了电磁感应现象，凡是有磁场变化的地方，它的周围不管是导体还是电介质，都有感应电场存在。经过麦克斯韦创造性的总结，电磁现象的规律终于被他用不可动摇的数学形式揭示了出来。电磁学到这时才开始成为一种科学的理论。

　　1865年，麦克斯韦发表了第三篇电磁学论文《电磁场动力学》。在这篇论文中，他大胆地断定，光也是一种电磁波。法拉第关于光的电磁理论的朦胧猜想，由麦克斯韦变成了科学的理论。

　　1873年，麦克斯韦的电磁理论的经典着作《电磁学通论》问世。电磁理论的宏伟大厦，经过几代人的努力，终于巍然矗立起来了。麦克斯韦的朋友、同行和学生对这部着作期待已久，将它的第一版一抢而空，但真正能读懂的人却寥寥无几。

　　麦克斯韦晚年的生活充满了烦恼，妻子久病不愈牵扯了他的大量精力，他的学说无人理解，更让他感到心焦，但他仍然坚持不懈地宣传电磁理论。麦克斯韦每学期都要主讲一门课，内容是电磁学或者热力学。他本来就不善于讲演，再加上电磁理论深奥难懂，他的听众越来越少。到了1879年春天，他的讲座只剩下两个听众。一个是美国来的研究生，另一个就是后来发明了电子管的物理学家弗莱明。

　　面对着空荡荡的教室，麦克斯韦侧过身来向那两名学生问道：“你们为什么不走呢？”弗莱明恭敬地站起来，回答道：“先生的理论我能听懂，太完美了！”麦克斯韦笑了笑，翻开讲义，像往常一样一丝不苟地开始讲课……1879年11月5日，麦克斯韦患癌症去世，终年49岁。这位科学巨匠活着的时候并没有得到应有的重视，更没有获得应有的荣誉，直到他死后许多年，赫兹证明了电磁波存在，人们才公认他为“牛顿以后世界上最伟大的数学物理学家”。

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　　麦克斯韦的默默贡献

　　卡文迪什去世后，他的侄子齐治把卡文迪什遗留下的20捆实验笔记完好地放进了书橱里，谁知这一放就是70年。直到1871年，麦克斯韦才见到了这些凝结了一代科学大师毕生智慧和心血的笔记。麦克斯韦仔细阅读了这些手稿后，不禁大惊失色，连声感叹道：“卡文迪什也许是有史以来最伟大的实验物理学家，他几乎预料到电学上的所有伟大事实。”

　　于是，麦克斯韦决定暂且中止自己的一些研究课题，全心全意地整理这些手稿。卡文迪什的伟大思想因此得以流传下来，也成就了科学史上的一段佳话。

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　　麦克斯韦的爱好

　　麦克斯韦从中学时代起喜欢玩陀螺。这种陀螺与中国儿童玩的那种陀螺很相似，玩的时候要用绳子不断地抽打，陀螺就会不停地在地上旋转。麦克斯韦一生都爱玩陀螺，还教他的许多朋友玩过。他的另一个爱好是玩一种叫活动画筒的玩具。从麦克斯韦的爱好看，他似乎有些孩子气。其实，麦克斯韦玩玩具并不单纯是为了娱乐，而是为了探索科学道理。这两种玩具的原理，后来都被他应用到科学上去了。