24 麥克斯韋

（James Clerk Maxwell,1831～1879）

偉大的英國物理學家麥克斯韋最著名的事跡，是他創立了一組有4個方程式的表達電磁間基本定律的方程組。

在麥克斯韋之前，電和磁這兩個領域已被廣泛地研究過，人們都知道電和磁之間有很緊密的關系。盡管人們已發現了不少在特定的環境下成立的電磁定律，但在麥克斯韋之前沒有一個綜合的、統一的理論。在他的有4個簡短的方程（盡管非常的復雜）的方程組里，麥克斯韋能夠精確描述電磁場的行為和相互作用。通過這個方程組，他將大量令人困惑的現象轉化為一個單一的、綜合的理論。麥克斯韋方程在過去的一個世紀里被廣泛用于基礎科學和應用科學。

麥克斯韋方程最大的優點是，它是一組通用方程，可以適用所有環境，所有已知的電磁學定律都可以從麥克斯韋方程中推導出來。另外，從麥克斯韋的方程中，還可推導出大量其他的從前未知的結果。

這些新結果中最重要的結果，是由麥克斯韋自己推導出來的。從他的方程中可以得知，電磁場的周期性振蕩是可能的。這種被稱作電磁波的振蕩一旦發生，就會通過空間向外傳播。從他的方程中麥克斯韋能夠指出這種電磁波的速度接近每秒30萬公里（18.6萬英里）。麥克斯韋認識到這和光速是相同的。從這點他正確地得出結論，光本身由電磁波構成。

因此，麥克斯韋方程不僅是電磁學的基本定律，而且還是光學的定律。的確，從前已知的所有光學定律都可以從他的方程中導出，并且還可推導出許多從前未發現的事實和相互關系。

可見光不是電磁輻射惟一可能的形式。麥克斯韋方程指出還可能存在其他的電磁波，它們的波長和頻率與可見光不同。這些理論上的結論以后被赫茲令人驚異地證實了。赫茲能夠制造并探測出麥克斯韋預言存在的那些不可見的波。幾年后，馬可尼證實，這些不可見波可用作無線電通訊，無線電變成了現實。今天，我們還將它們用于電視。X射線、伽瑪射線、紅外線和紫外線是電磁輻射的另外一些例子。所有這些射線都可用麥克斯韋方程來研究。

盡管麥克斯韋的聲譽主要來自于他對電磁學和光學所做的杰出貢獻，然而他還在其他科學領域內做出了重要貢獻，包括天文學理論和熱力學（對熱的研究）。他的興趣之一是氣體的分子運動理論。麥克斯韋認識到，并不是所有的氣體分子都以同樣的速度運動，某些分子運動得慢，某些分子運動得快，某些分子運動得特別快。麥克斯韋建立了一個公式，它可以指出（對于任何被給定的溫度下）在任何給定的速度下給定氣體分子運動的比例。這個公式被稱為“麥克斯韋分布”，它是應用最廣泛的科學公式之一，并且在物理學的許多分支中都有重要的應用。

◇麥克斯韋方程是電磁學的基本定律

麥克斯韋1831年生于蘇格蘭的愛丁堡。他智力極為早熟，15歲時便向愛丁堡皇家學會提交了一篇論文。他進入愛丁堡大學并從劍橋大學畢業。他平生的大部分歲月是做教授。他最后的職位是在劍橋大學。他結過婚，但沒有孩子。麥克斯韋通常被認為是牛頓和愛因斯坦之間最偉大的理論物理學家。他的輝煌生涯過早地結束了，1879年，在他48歲生日之前，他死于癌癥。