电子科学发明家-第17节

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十一月开始正式任教。这时，他正好是二十五岁。讲座的名称叫“自然哲学”，　

讲的内容实际上就是物理学，同哲学没有多大关系。　

　　　　　父亲的病故，工作的变动，打乱了麦克斯韦的研究程序。为了应付新开　

的讲座，他实在没有时间继续搞研究，对电磁现象的探索只得搁置下来。但　

是法拉第的学说，却象一团熊熊的烈火，一直在他胸中燃烧，使他不能平静。　



　　　　　麦克斯韦登台讲课以前，尽管花了很多时间进行准备，但是第一次走上　

讲台，心情还是相当紧张。他竭力控制自己，心里默默地想着：讲慢点，再　

讲慢点！可是一开讲，他的话却象脱缰的野马一样收不住，而且发音也不清　

晰，连旁听的院长也不由暗暗替他着急。他不愧是“一挺机枪”，两个钟点　

的内容一个钟点就“扫射”完了。他看见坐位上的学生大都目瞪口呆，就又　

从头到尾讲了一遍。结果，听众还是面面相觑。究竟有多少学生听懂了这堂　

课，连他自己也说不上来。最后，幸亏下课铃解救了他。　

　　　　　麦克斯韦决定反省自己的讲法。一天清晨，他在树林里一面练习纠正自　

己的口音，一面向一片矮树丛比划着滑稽的手势。忽然，从他背后传来嗤嗤　

的笑声。麦克斯韦回头一看，是一位身材小巧的姑娘，手里拿着本诗集，两　

眼含着好奇的嘲笑。麦克斯韦一下子窘得满脸通红，赶紧表示自己的神志是　

清醒的。那个姑娘问他为什么这样装腔作势，麦克斯韦讲了自己的苦衷。姑　

娘听了越发笑得厉害，最后教了他一条妙计。她说：“只要你觉得控制不住　

讲话的速度，你就咬住舌头，保险可以镇定下来。”麦克斯韦以后才知道，　

这个姑娘叫凯塞琳，是院长的女儿，酷爱文艺。麦克斯韦按她说的去做，果　

然有效。两个月以后，他高兴地写信给剑桥大学的朋友说：“谢天谢地，两　

个月来我在讲台上总算没有闹过笑话。我一旦感到要走火了，立刻咬住自己　

的舌头，就发不出声音了。”　

　　　　　就这样，麦克斯韦在阿伯丁开始了教学生涯。他有过人的睿智、渊博的　

学识，却说不出来。世上确实有一些人能写不能说。麦克斯韦就是属于这种　

类型的人。他讲起话来漫无头绪，杂乱无章；他的文章却是条分缕析，鞭辟　

入里。他的论文内容精当，论述严谨，是学院公认的。这一时期他的主要成　

就，是在同电磁学毫不相关的天文学和气体力学的研究方面。他为什么会对　

天文学感兴趣，估计是因为受了当时一项学术奖的鼓励。由于时代、环境等　

种种因素的制约，一个科学家的道路，常常不能完全由自己选定。而且科学　

家本人，也经常不能断定当时走哪条路才能获得最大的成功。所以在科学技　

术史上常常有这样的例子：有的科学家在一条小径上花费了大部分光阴，而　

在另一个重大领域里却没能充分发出光和热来。麦克斯韦用了整整两年时间　

研究土星的运行，在1858年发表了《土星光环》的论文。这年春天，他结了　

婚，新娘就是两年前在树林里邂逅的凯塞琳。凯塞琳对他的研究工作帮助很　

大。　

　　　　　在这篇论文中，麦克斯韦成功地运用数学分析的方法，论述了土星光环　


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　　由一群离散质点构成。因此他获得了亚当斯奖。当时他才二十七岁，他的结　

　　论在三十八年后被一位美国天文学家所证实。按照这条路子走下去，麦克斯　

　　韦或许会成为一个优秀的天文学家。可是不久，他的研究方向又转到分子物　

　　理学方面去了。据说他在土星光环研究中，遇到的许多难题跟分子物理学有　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　①　

　　关系，才改变了研究的方向。著名的麦克斯韦速度分布率　，就是这时候完成　

　　的。在推导中，他运用了数学上的统计方法，这是成功的关键。从事分子物　

　　理学的研究，占据了麦克斯韦一生中相当多的时间。　

　　　　　　　上面提到的两项重大成果，虽然没有涉及电磁领域，却充分证明麦克斯　

　　韦已经是一个数学物理学家。对他来说，物理学是探讨的课题，数学是得心　

　　应手的工具。一旦他全副精力集中到电磁学上，异彩就闪现出来了。　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　“应该突破它！”　



　　　　　　　1860年初夏，马锐斯凯尔学院的物理学讲座由于某种原因停办了。二十　

　　八岁的麦克斯韦离开阿伯丁港，到伦敦皇家学院去任教。他的妻子也随同前　

　　往。这次工作调动，是麦克斯韦一生事业的转折点。　

　　　　　　　在这以前，还有一段小小的插曲。麦克斯韦最初的母校爱丁堡大学，也　

　　要聘请一个自然哲学教授。他开始是准备去那里的。应选的一共有三个人，　

　　另外两个是他在剑桥大学的同学，其中一个还是中学的同学。三个人里究竟　

　　应该取谁，当局决定通过考试来决定。要是论学问，麦克斯韦稳拿第一，但　

　　是比口才，他吃亏了。考试结果，麦克斯韦名列最后，连主考人对他的讲课　

　　能力都表示怀疑。当时一家爱丁堡杂志评论这件事，也很替他惋惜。俗话说：　

　　　“塞翁失马，安知非福”，麦克斯韦没有被爱丁堡大学选中，自然是件憾事，　

　　但是他却因为这个转到了皇家学院，完成了一生中最重要的贡献。　

　　　　　　　麦克斯韦在阿伯丁的四年时间里，一直怀着一桩心事，就是想用数学工　

　　具表达法拉第的学说。他的这个愿望，1855年只开了个头就搁下了。就是在　

　　研究土星的苦战中，只要见到有关电磁学方面的文章，也都会引起他密切的　

　　关注。他经常给法拉第写信，探索电磁的奥秘。他的案头一直摆着《电学实　

　　验研究》。每次打开这部辉煌的巨著，他的情绪就十分激动。法拉第，这位　

　　他当时还没有见过的伟人，给物理学描绘了一幅多么形象的图画啊！电、磁、　

　　光、力线、波动……在它们背后隐藏着什么规律呢？　

　　　　　　　麦克斯韦到伦敦以后特地去拜访法拉第。这是一次难忘的会晤。青年物　

　　理学家递上名片，不一会儿，法拉第面带微笑地走了出来。这位实验大师已　

　　经年近七旬，两鬓斑白。他同麦克斯韦一见如故，亲切地交谈起来。　

　　　　　　　这两位伟人，他们不但在年龄上相差四十岁，而且在性格、爱好、特长　

　　等方面也迥然不同，可是他们对物质世界的看法却产生了共鸣。这真是奇妙　

　　的结合：法拉第快活、和蔼，麦克斯韦严肃、机智。老师是一团温暖的火，　

　　学生象一把锋利的剑。麦克斯韦不善于辞令，法拉第演讲起来却是娓娓动听。　

　　一个不精通数学，另一个却对数学运用自如。两个人的科学方法也恰好相反：　

　　法拉第主要是实验探索，麦克斯韦擅长理论概括。可以说，他们在许多方面　



①　麦克斯韦证明，在气体处于热动平衡的时候，虽然个别分子的速度一般都不相同，并且由于相互碰撞而　



不断改变，但是平均说来，处在某一速度范围里的分子数在分子总数中所占的百分比总是一定的。这是分　

子物理学里的一个重要定律。　


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是互相补充的；爱因斯坦曾经把他们称做一对，说他们就象伽利略和牛顿一　

样，相辅相成。麦克斯韦自己也谈到过这一点：“因为人的心灵各有它不同　

的类型，科学的真理也就应该用种种不同的形式表现，不管它是用具有生动　

的物理学色彩的定性形式出现，还是用朴素无华的一种符号表示出现，它都　

应该被当做是同样科学的。”这话自然是对的，字里行间流露出对法拉第的　

尊敬。不过，不同的科学方法，发掘科学的深度却常常不同。法拉第用直观　

而形象的方式表达的真理，麦克斯韦最后用惊人的数学才能把它总结出来，　

并且提到理论的高度，所以他的认识就更深刻，更透入事物的本质，因此更　

带有普遍性。　

　　　　　四年以前，法拉第曾经称赞过《论法拉第的力线》这篇论文，他没有料　

到论文的作者竟这样年轻。当麦克斯韦征求他对论文的看法的时候，法拉第　

说：“我不认为自己的学说一定是真理，但是你是真正理解它的人。”　

　　　　　　“先生能给我指出论文的缺点吗？”麦克斯韦谦虚地说。　

　　　　　　“这是一篇出色的论文。”法拉第沉思地说，“但是，你不应该停留在　

用数学来解释我的观点，你应该突破它！”　

　　　　　法拉第的话象一盏明灯，照亮了青年物理学家麦克斯韦前进的道路。他　

马上用最大的热情投入新的战斗。　

　　　　　他设计了一个理论模型，试图对法拉第的力线观念作进一步探讨。这个　

模型完全建立在机械结构的类比上，有人称它是“以太模型”，现在看上去　

既枯燥又很不好懂。一位英国现代科学史家，用了一整页篇幅也没有说清楚。　

事实上，麦克斯韦在晚期的著作里也舍弃了这个模型。奇怪的是，麦克斯韦　

竟把它当作跳板，成功地登上了真理的彼岸。　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　大厦建立起来了！　



　　　　　在讨论以太模型的时候，麦克斯韦对自己发现的一个重要事实引起了极　

大的注意。他分析了法拉第对电介质的研究以后，确认在电场变化着的电介　

质中，也存在电流，他把这称做“位移电流”。另外，他还计算出这种电流　

的速度。麦克斯韦惊奇地发现：位移电流的速度恰好等于光速！　

　　　　　这是偶然的巧合吗？天下哪有这样的巧事。他兴奋得几天都没有睡好　

觉，妻子帮他仔细核对了好几遍，数据确实没有差错。这意味着他计算出了　

电磁波的传播速度同光速是相等的，这是个非常了不起的发现，尽管他当时　

还没有完全意识到这一点。几天后，他写信给法拉第报告了这个结果。他在　

信里说，他计算出的电磁波的传播速度是“每秒310740公里”，而“十二年　

以前菲索（1819－1896）用直接实验测定的光速，却是每秒314858公里！”　

信寄出的时间是1861年十月十九日。法拉第有没有给他回信，史料上没有记　

载。但是毫无疑问，正是这个发现，促使麦克斯韦四年以后断定光就是电磁　

波。　

　　　　　1862年，麦克斯韦在英国《哲学杂志》四卷二十三期上，发表了第二篇　

电磁学论文《论物理学的力线》。文章一登出来，立刻引起了广泛的注意。　

英国著名物理学家、电子的发现人约瑟夫·汤姆逊后来回忆说：“我到现在　

还清晰地记得那篇论文。当时，我还是一个十八岁的孩子，一读到它，我就　

兴奋极了！那是一篇非常长的文章，我竟把它全部抄下来了。”　

　　　　　这的确是一篇划时代的论文，它同1855年的《论法拉第的力线》相比，　


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有了质的飞跃。论文不再是法拉第观点的单纯数学翻译，而是作了重大的引　

伸和发展。其中具有决定意义的一步，是引进了“位移电流”的概念。这以　

前，包括法拉第在内，人们讨论电流产生磁场的时候，指的总是传导电流，　

也就是在导体中自由电子运动所形成的电流。麦克斯韦在研究中感到这个旧　

概念存在很大的矛盾。比如在连接交变电源的电容器中，电介质里并不存在　

自由电荷，也就是没有传导电流，但是磁场却同样存在。麦克斯韦经过反复　

思考和分析，毅然指出，这里的磁场是由另一种类型的电流形成的，这种电　

流在任何电场变化着的电介质中都存在，它和传导电流一起，形成了闭合的　

总电流。麦克斯韦通过严密的数学推导，求出了表示这种电流的方程式，把　

它称做位移电流。　

　　　　　从理论上引出位移电流的概念，实在是电磁学上继法拉　135　

第电磁感应以后的一项重大突破。根据这个科学假设，麦克斯韦推导出两个　

高度抽象的微分方程式（方程式直到1865年才最后完善），这就是著名的麦　

克斯韦方程式。这组方程式，从两方面发展了法拉第的成就。一是位移电流，　

它表明不但变化着的磁场产生电场，而且变化着的电场也产生磁场；二是方　

程式不但完满