麥克斯韋的故事

4月10號晚九點,相信大家都關注了人類史上拍攝到的第一張黑洞照片全球公佈的視頻直播盛況。很多小夥伴在朋友圈裡轉發了關於黑洞的各種腦洞照片,特別是那張蜂窩煤的,真的是讓老wu笑出腹肌,。黑洞再次火了,同時也引爆了關於物理學的探討。

麥克斯韋的故事

物理學是一種實驗科學,物理學者從觀測與分析大自然的各種基於物質與能量的現象來找出其中的模式。這些模式稱為“物理理論”,經得起實驗檢驗的常用物理理論稱為物理定律,直到有一天被證明是有錯誤為止(具可否證性)。

麥克斯韋的故事

黑洞(英語:black hole)是根據愛因斯坦的廣義相對論所推論、在宇宙空間中存在的一種質量相當大的天體和星體。而對黑洞進行拍照將能提供黑洞存在的直接“視覺”證據。黑洞是具有強引力的,因此給黑洞“拍照”,最重要的目的是在強引力場的極端環境下,驗證愛因斯坦的廣義相對論,並同時細緻研究黑洞周圍的物質吸積和噴流的形成及傳播。

現代物理中的黑洞理論是創建在廣義相對論的基礎上的,廣義相對論給出很多重要的預言,其中很多在剛問世時,都顯得過分光怪陸離,讓人不敢相信。然而100 年來,這些預言逐一獲得實驗和觀測的證實,讓愛因斯坦取得物理學史中至高無上的地位。

相對論和量子力學的提出給物理學帶來了革命性的變化,它們共同奠定了現代物理學的基礎。

相對論與量子力學的提出,撼動了以牛頓運動定律為基礎的經典物理學的絕對權威地位,把人類帶到了一個全新的世界。

愛因斯坦提出相對論後,物理學就劃分為

現代物理學和經典物理學。現代物理學的代表人物便是愛因斯坦,下邊這張物理學界最著名的合照-1927索爾維會議合影,處於C位的愛因斯坦無疑是最矚目的。

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而經典物理學當然是以牛頓為代表了-一位最接近神的人。

麥克斯韋的故事

而縱觀整個物理學歷史,如果我們設置物理學名人堂的話,其中,前三甲的話,第一位,不必多說,牛頓,第二位,也沒有爭議,愛因斯坦。但第三位給誰?這個競爭就比較大了,目前國內外也有很多排行榜,排在第三的有伽利略、麥克斯韋、普朗克、法拉第等等。

如果讓老wu來選,我想將第三這個位置投給麥克斯韋。

詹姆斯·克拉克·麥克斯韋(James Clerk Maxwell,1831年6月13日-1879年11月5日),蘇格蘭數學物理學家。沒錯,數學物理學家,人家的數學是很牛的,物理學中數學最好的當屬牛頓啦,牛頓與戈特弗裡德·萊布尼茨分享了發展出微積分學的榮譽, 麥克斯韋也是個數學天才,因此麥克斯韋方程組也被列進了世界上最美的方程。

麥克斯韋其最大功績是提出了將電、磁、光統歸為電磁場中現象的麥克斯韋方程組。其在電磁學領域的功績實現了物理學自艾薩克·牛頓後的第二次統一。

麥克斯韋1831年6月13日生於愛丁堡的印度街14號,應該是個富二代,其父詹姆斯·克拉克是一名辯護律師,家境殷實。正因為家境殷實,麥克斯韋10歲是就沒送進了久負盛名的愛丁堡皇家學院就讀。

麥克斯韋的故事

麥克斯韋開掛般的人生

15歲向愛丁堡皇家學院遞交科研論文

16歲進入愛丁堡大學,什麼概念,大概是是中科大少年班的水平啊

僅用三年就完成了四年學業,19歲轉入劍橋大學

23歲劍橋畢業留校

25歲擔任教授

30歲被選為英國皇家學會會員,要知道牛頓也是29歲入選皇家學會的……

1854年,23歲,剛從劍橋畢業幾星期的麥克斯韋讀到了法拉第的《電學實驗研究》,便立刻被其吸引,對電磁學產生了濃厚的興趣,並以他犀利的目光看出了法拉第的“場”和“力線”思想的真實意義,立志用數學的語言精確描述法拉第的場合力線的概念。

當年法拉第已經提出了場的概念,這已經撼動了牛頓的地基了,不過法拉第只能用形象的語言和實驗來描述他的看法,他給不出理論的數學描述,因為法拉第數學比較不好,這個比較吃虧,當然了,這個不好的水平也是足以吊打我們很多大神的了,。 法拉第幼年失學,因為家裡比較窮,只讀了兩年小學就輟學了,後來到書店學徒才有機會接觸到電學的相關文章。

1855年,麥克斯韋發表了他的第一篇電磁學論文

《論法拉第的力線》。在麥克斯韋手中,深奧的力線、場思想神奇般地用數學語言描述出來了,為法拉第的物理思想做了細緻的數學“翻譯”,使之定量化、精確化。

法拉第在見到這篇文章之後,大喜過望,自己的想法終於有人實現了。他日思夜想,等著和那篇論文的作者相見的那一刻。

終於,五年後,兩位大神歷史性的會面了, 1860年,麥克斯韋前往倫敦拜訪法拉第,儘管法拉第69歲,麥克斯韋29歲,一個年近古稀,一個正值壯年,但完全沒有代溝,二人相見如故。

法拉第盛讚麥克斯韋:“我驚訝地看到,這個主題居然處理得如此之好”,“我並不認為自己的學說一定是真理,但你是真正理解它的人”,“你不應該侷限於借用數學來解釋我的見解,而應該突破它。”

法拉第的話,像一盞明燈,照亮了麥克斯韋前進的道路,使他進一步領悟到,不僅要用數學的方法去解釋法拉第的學說,還應該用數學去突破和超越前輩的成就。

麥克斯韋立志採用一種統一的方法,按照一種統一的思想彙總過去的電磁學研究,並給法拉第、庫侖、奧斯特、安培、高斯等有關電磁學的成果以理論的解釋和數學的表達。

這番交談,讓麥克斯韋的前路一下子就豁然開朗了。

怎麼突破法拉第的理論?電能生磁,磁能生電,電有電場,磁有磁場。既然相互產生,性質這麼接近,它們會不會是一種東西?

麥克斯韋經過五年的潛心研究和推導,發表了《電磁場的動力學理論》,推導出了最優美的麥克斯韋方程組。

兩年後,法拉第與世長辭,不過法拉第了無遺憾,因為他看到了歷史上最優美的方程。

在1864年發表的論文《電磁場的動力學理論》中,麥克斯韋提出電場和磁場以波的形式以光速在空間中傳播,並提出光是引起同種介質中電場和磁場中許多現象的電磁擾動,同時從理論上預測了電磁波的存在。此外,他還推進了分子運動論的發展,提出了彩色攝影的基礎理論,奠定了結構剛度分析的基礎。

麥克斯韋被普遍認為是十九世紀物理學家中,對於二十世紀初物理學的巨大進展影響最為巨大的一位。他的科學工作為狹義相對論和量子力學打下理論基礎,是現代物理學的先聲。有觀點認為,他對物理學的發展做出的貢獻僅次於艾薩克·牛頓和阿爾伯特·愛因斯坦。在麥克斯韋百年誕辰時,愛因斯坦本人盛讚了麥克斯韋,稱其對於物理學做出了“自牛頓時代以來的一次最深刻、最富有成效的變革”。

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