麦克斯韦：用数学公式改变世界的物理学家

麦克斯韦：用数学公式改变世界的物理学家

麦克斯韦对物理学做出了“自牛顿时代以来的一次最深刻、最富有成效的变革”。

——爱因斯坦，在麦克斯韦百年诞辰的纪念会上的评价

▲詹姆斯·克拉克·麦克斯韦

前言

1879年11月5日，对二十世纪影响最大的英国理论物理学家麦克斯韦，因为胃癌过早的结束了光辉的生涯，终年48岁。他是从牛顿到爱因斯坦这阶段中最伟大的物理学家。

在科学史上，横跨物理、数学两界的牛顿爵爷，把天和地的运动规律统一起来，实现了第一次大综合；而麦克斯韦把电、磁和光统一起来，完成了第二次大综合，也因此与牛顿齐名。

他的电磁学经典《论电和磁》，可与牛顿的力学经典《自然哲学的数学原理》、达尔文的生物学经典《物种起源》相提并论。

和很多科学家一样，麦克斯韦也是天才。他16岁就进入苏格兰最高学府爱丁堡大学，成为班里年纪最小的学生。随后，他仅用三年时间完成了四年的学业，在和牛顿一样的年纪，走进了牛顿学习的地方——剑桥大学三一学院。然而，就是这样一位科学奇才却被评为“最被普通大众低估的物理学家”。

▲麦克斯韦

麦克斯韦48年的人生是如何渡过的，他为何又会被低估？

第一，打破理论家通病的天才“捉妖师”

在科学界，一直有四大凶兽的说法，分别是：芝诺的乌龟、拉普拉斯兽、薛定谔的猫和麦克斯韦妖。 “麦克斯韦妖”是他通过一个假想实验发现的。

当时科学家们都在寻找一种能够让热从低温物体传向高温物体，又不产生其他影响的第二类永动机。可随着热力学第二定律的诞生，终于判定了第二类永动机的死刑，是不可能实现的。

可麦克斯韦却不信这个邪。终于，他发现了一只被学界称为“麦克斯韦妖”的能量控制机制。这只妖精可以说是神通广大，完成了低温到高温的转变，意外地打开了定律无法解释的生命世界的大门。

▲麦克斯韦妖，麦克斯韦为诘难热力学第二定律而进行的思想实验

一个研究电磁学的物理学家怎么还和热力学搭上了呢。原来，热力学第二定律的基础就是统计力学，而麦克斯韦正是统计力学的创始人本尊。他抓住的另一只完美妖精就更厉害了，放之四海而皆准，也成就了他的后世荣光。那就是“麦克斯韦方程组”。

他用一套数学公式推算出了电、磁、光的关系，预言了电磁波的存在，这才有了后世的电灯电话、手机网络等信息时代。

▲麦克斯韦方程组

可以说，爱因斯坦的广义“相对论”这枚鸡蛋就是从麦克斯韦的方程组这只母鸡肚子里掏出来的。所以，算起来，爱因斯坦还是麦克斯韦的隔世弟子。

此外，麦克斯韦还有一个特点，就是非常重视实验。他一手创建了卡文迪许实验室，为后世确立了实验科学精神。

这个实验室可以说是诺贝尔奖聚集地，像发现电子的汤姆逊、提出原子行星结构的卢瑟福、DNA双螺旋结构的发现者克里克等。他们让剑桥大学抢占了当代物理学研究的核心地位。

▲卡文迪许实验室

第二，对科研和感情同样专一的“御姐控”

“专一”可以说是麦克斯韦的一大性格特点，无论是科研还是感情。

他可以为了一个承诺，在生命最后几年时间里，专注于整理性情怪僻的卡文迪许留下的手稿。要想理清这位第一个计算地球质量的物理学家的资料，是一件细致又困难的工作。于是，麦克斯韦放弃了自己的研究，耗尽了精力。

同样，对于妻子，他也付出了所有的感情和努力。就像用散文来调剂大脑的爱因斯坦一样，麦克斯韦也有自己的文学爱好，那就是写情诗。“你和我将长相厮守/在生机盎然的春潮里……”这是他在追求妻子凯瑟琳时写的诗句。

在麦克斯韦狭窄的实验室里，妻子也常常做他的助手，参与实验。他们就像一起获得诺贝尔奖的居里夫妇一样，成为一对让人称羡的“神雕侠侣”。于是，就在妻子久病不愈的时候，麦克斯韦可以做到三个星期不上床睡觉，就为了照顾生病的妻子。

▲1869年麦克斯韦夫妇的合影

第三，伟大到有点变态的“屠猫狂魔”

“他就是个变态。他的同学给他起了一个绰号，叫屠猫狂魔。”这是转到剑桥大学三一学院的麦克斯韦留给拥有三十年资质的宿管阿姨的印象。

原来，三一学院有这样一个传统：把猫扔出窗外。可他又把这一传统极致化了，发明了花式扔猫法，目的就是为了研究猫如何在极短的时间内调整身体平衡。

最后，麦克斯韦的“坠猫难题”还真被写成了一篇“坠猫现象的动力学说明”的论文，甚至被美国航空航天局用来模拟宇航员的太空运动方法，对人类的太空探索做出贡献。

▲猫和宇航员动作对比实验

确实，麦克斯韦的“变态”有些曲高和寡，毕竟天才的脑子可不是一般人能理解的，对于他的伟大也一样。

在他的理论还没有被证实的年代，他的多年研究成果、他的极力宣传都无人问津。甚至在他去世的最后一年，带病讲座，可听众只有两个人。

历史上有许多伟人都是这样的结局，像一生披着“低俗作家”名声的莎士比亚、“二流写手”的毛姆等。

【参考资料】《中国大百科全书》《詹姆斯·克拉克·麦克斯韦》