鸡蛋方程——麦克斯韦的非凡一念

作者: 曹则贤

来源: 赛先生

发布日期: 2016-12-18 07:32:30

本文介绍了麦克斯韦的科学成就,特别是他在电磁学和气体运动理论方面的贡献,以及他年轻时对卵形线方程的研究。文章还提到了麦克斯韦方程组的重要性和其在物理学中的地位。

麦克斯韦(James Clerk Maxwell, 1831-1879),苏格兰数学物理学家。他第一个给出了卵形线的方程,时年仅14岁。麦克斯韦系统地研究过他那个时代的所有物理学分支,他的关于电磁学和气体运动的著作至今依然被奉为经典。麦克斯韦研究电磁现象,得出了著名的麦克斯韦方程组;研究光学与视觉,不仅给出了颜色的理论,还拍出了第一张彩色照片;研究气体的运动,得出了麦克斯韦分布。

数学界有个玩笑,说把一个人从睡梦中叫醒,问他什么是庞加莱引理,回答不上来的,肯定不是微分几何学家。类似的严肃玩笑也适用于物理学家。把一个人从睡梦中叫醒,让他写出麦克斯韦方程组。写不出来的,算不得物理学家。一个还算像样点的物理学家,不仅要能写得出麦克斯韦方程组,其实也要懂得什么是庞加莱引理,因为庞加莱引理对物理学家来说可能要比对数学家意味着更多的东西。

麦克斯韦在构造麦克斯韦方程组时表现出了非凡的数学天分。其实,麦克斯韦的数学天分在他还是一个少年时就淋漓尽致地表现出来了。据说,麦克斯韦小时候也被要求去学画画,好像学画画的基本功练习就是画蛋。有一天,麦克斯韦想到:要是能给出蛋的方程的话,画蛋可能就容易了。1845年,麦克斯韦在他十四岁时终于想明白了鸡蛋方程该是什么样子的。

麦克斯韦为我们留下了许多宝贵的科学遗产,这包括关于气体运动的理论和关于视觉与光学的理论。前者具体地指大学物理中常提到的关于气体分子速度的麦克斯韦-玻尔兹曼分布,后者包括他的红绿蓝三原色理论。图3所示的照片就是根据麦克斯韦三原色理论得到的人类第一张彩色照片。此外,他还是第一个注意到物理学中量纲分析的人。1879年,麦克斯韦在其创造的高峰期被疾病夺去了生命,年仅48岁。

他用不长的一生,为后世的物理学家树立了一座仰之弥高的丰碑。

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