世界历史上最伟大的十位物理学家（二）

徐汉屏

●麦克斯韦——电磁学理论的集大成者

麦克斯韦，英国物理学家、数学家。

1831年11月13日，麦克斯韦出生于苏格兰的爱丁堡，他自幼聪颖，父亲是个知识渊博的律师，使麦克斯韦从小受到良好的教育，麦克斯韦10岁时进入爱丁堡中学学习，14岁就在爱丁堡皇家学会会刊上发表了一篇关于二次曲线作图问题的论文，已显露出出众的才华。

1847年，16岁的麦克斯韦中学毕业，进入爱丁堡大学学习，这里是苏格兰的最高学府，他是班上年纪最小的学生，考试成绩却总是名列前茅，他在这里专攻数学和物理，并且显示出非凡的才华，他读书非常用功，但并非死读书，在学习之余他仍然写诗，阅读课外书籍，积累了相当广泛的知识，在爱丁堡大学，麦克斯韦获得了攀登科学高峰所必备的基础训练，1850年，麦克斯韦转入剑桥大学三一学院数学系学习，1854年以第二名的成绩获史密斯奖学金，毕业后留校任职两年，1856年在苏格兰阿伯丁的马里沙耳学院任自然哲学教授，1860年到伦敦国王学院任自然哲学和天文学教授，1861年选为伦敦皇家学会会员。

麦克斯韦大约于1855年开始研究电磁学，在潜心研究了法拉第关于电磁学方面的新理论和思想之后，坚信法拉第的新理论包含着真理，于是他抱着给法拉第的理论“提供数学方法基础”的愿望，决心把法拉第的天才思想以清晰准确的数学形式表示出来，他在前人成就的基础上，对整个电磁现象作了系统、全面的研究，凭借他高深的数学造诣和丰富的想象力接连发表了电磁场理论的三篇论文：《论法拉第的力线》、《论物理的力线》、《电磁场的动力学理论》。

1865年春，麦克斯韦辞去教职回到家乡，系统地总结前人和他自己关于电磁学的研究成果，将电磁场理论用简洁、对称、完美的数学形式表示出来，并于1873年出版了科学名著《论电和磁》，系统、全面、完美地阐述了电磁场理论，这一理论经后人整理和改写，成为描述电场、磁场与电荷密度、电流密度之间关系的麦克斯韦方程组，它含有四个方程，分别为：电荷是如何产生电场的高斯定理；论述了磁单极子不存在的高斯磁定律；电流和变化的电场是怎样产生磁场的麦克斯韦-安培定律，以及变化的磁场是如何产生电场的法拉第电磁感应定律，这一理论成为经典物理学的重要支柱之一，麦克斯韦还预言了电磁波的存在，电磁波只可能是横波，并计算了电磁波的传播速度等于光速，同时得出结论：光是电磁波的一种形式，揭示了光现象和电磁现象之间的联系，这种理论预见后来得到了充分的实验验证，他为物理学树起了一座丰碑，造福于人类的无线电技术，就是以电磁场理论为基础发展起来的。

在热力学与统计物理学方面，麦克斯韦也作出了重要贡献，他是气体动理论的创始人之一，1859年他首次用统计规律得出麦克斯韦速度分布律，从而找到了由微观量求统计平均值的更确切的途径，1866年他给出了分子按速度的分布函数的新推导方法，这种方法是以分析正向和反向碰撞为基础的，他引入了驰豫时间的概念，发展了一般形式的输运理论，并把它应用于扩散、热传导和气体内摩擦过程，1867年引入了“统计力学”这个术语。

麦克斯韦是运用数学工具分析物理问题和精确地表述科学思想的大师，同时也非常重视实验，他1871年受聘为剑桥大学新设立的卡文迪许实验物理学教授，负责筹建著名的卡文迪许实验室，1874年建成后担任这个实验室的第一任主任，麦克斯韦很重视科学方法的训练，特别是科学史的研究，他曾用了几年的时间整理一百年前卡文迪许有关电学实验的论著，并带领大家重复和改进了卡文迪许做过的一些实验，在他和以后几位主任的领导下，卡文迪许实验室发展成了举世闻名的学术中心之一。

1879年11月5日，麦克斯韦因患癌症在剑桥逝世，终年只有49岁，物理学史上一颗可以同牛顿交相辉映的明星陨落了，他正当壮年就不幸夭折，这是非常可惜的。

麦克斯韦一生主要从事电磁理论、分子物理学、统计物理学、光学、力学、弹性理论方面的研究，尤其是他建立的电磁场理论，将电学、磁学、光学统一起来，是19世纪物理学发展的最光辉的成果，是科学史上最伟大的综合之一，科学史上，称牛顿把天上和地上的运动规律统一起来，是实现第一次大综合，麦克斯韦把电、光统一起来，是实现第二次大综合；牛顿的经典力学打开了机械时代的大门，而麦克斯韦的电磁学理论则为电器时代奠定了基石，因此应与牛顿齐名，他的理论为近代科学技术开辟了一条崭新的道路，爱因斯坦在自传中说：“在我求学的时代，最吸引人的题目就是麦克斯韦的理论”，“特殊的相对论起源于麦克斯韦的电磁场方程”，1931年，在纪念麦克斯韦诞生100周年时，爱因斯坦把麦克斯韦的电磁场贡献评价为“自牛顿时代以来物理学所经历的最深刻最有成效的变化。”

可是他的功绩，在他活着的时候却没有得到人们重视，麦克斯韦的一生，是叱咤风云的一生，也是自我牺牲的一生，这位科学巨匠生前得到的荣誉远远不及法拉第，直到他死后许多年，在赫兹证明了电磁波存在以后人们才意识到他的伟大，并且公认他是“牛顿以后世界上最伟大的数学物理学家”。

●伽利略——近代科学之父

伽利略，意大利物理学家、天文学家和哲学家。

1564年2月15日，伽利略出生在意大利西海岸比萨城一个破落的贵族之家，1581年，伽利略考进了比萨大学，在宫廷数学家里奇的悉心辅导下，他把阿基米德的浮力原理和杠杆原理结合起来，获得了精密的测量方法，发明了用以测定合金成分的“液体静力天平”，引起了学术界的注意。

1583年，有一次，他站在比萨的天主教堂里，眼睛盯着天花板，一动也不动，他用右手按左手的脉搏，看着天花板上来回摇摆的灯，他发现，这灯的摆动虽然是越来越弱，以至每一次摆动的距离渐渐缩短，但是，每一次摇摆需要的时间却是一样的，于是，伽利略做了一个适当长度的摆锤，测量了脉搏的速度和均匀度，从这里，他找到了摆的规律，摆钟就是根据他发现的这个规律制造出来的。

1589年夏天，他受聘为比萨大学数学教授，年仅25岁，第二年的一天，年轻的伽利略邀请比萨的一些学者和大学生来到斜塔下面，他和他的助手登上斜塔，让一个重一百磅和一个重一磅的铁球，同时由塔上自由下落，轻的和重的几乎同时落地，他把实验重复一次，结果仍然相同，伽利略通过这一实验推翻了亚里士多德“物体下落速度和重量成比例”的学说，纠正了这个持续了2000年之久的错误结论，进而发现了自由落体定律，但伽利略却因此触怒了比萨大学里亚里士多德学派的信徒，被赶出了比萨大学，伽利略在比萨斜塔做实验的说法后来被严谨的考证否定了，尽管如此，来自世界各地的人们都要前往参观，他们把这座古塔看作伽利略的纪念碑。

离开比萨大学后，伽利略来到学术自由的帕图拉大学，每逢他上课时，大厅里挤得水泄不通，远至瑞典和苏格兰的学生也慕名远道而来，他们中间的许多人，后来都成了著名的学者，伽利略给学生们讲宇宙，并告诉他们，宇宙中没有任何东西是一成不变的，这与亚里士多德的学说正好相反，他还告诉学生，所有东西、所有原子、所有星球都在运动。

伽利略曾非正式地提出过惯性定律和外力作用下物体的运动规律，这为牛顿正式提出运动第一、第二定律奠定了基础，在经典力学的创立上，伽利略可以说是牛顿的先驱在发现惯性定律的基础上，伽利略提出了相对性原理：力学规律在所有惯性坐标系中是等价的，力学过程对于静止的惯性系和运动的惯性系是完全相同的，可以换句话说，在一系统内部所做任何力学的实验都不能够决定一惯性系统是在静止状态还是在做匀速直线运动。

1593年，伽利略发明了温度计，那是一根一端敞口的玻璃管，另一端带有核桃大的玻璃泡，使用时先给玻璃泡加热，然后把玻璃管插人水中，随着温度的变化，玻璃管中的水面就会上下移动，根据移动的多少就可以判定温度的变化和温度的高低温度计有热胀冷缩的作用，所以这种温度计受外界大气压强等环境因素的影响较大，测量误差较大，后来伽利略的学生和其他科学家，在这个基础上反复改进，如把玻璃管倒过来，把液体放在管内，把玻璃管封闭等。

1609年，伽利略听说荷兰人发明了望远镜，他通过别人的一点描述，凭着自己独特的天赋，经过刻苦钻研和实验，成功地研制了世界上第一架放大倍数为33倍的天文望远镜，并用来观测天体，他发现了月球表面的凹凸不平，并亲手绘制了第一幅月面图，伽利略又发现了木星的四颗卫星，为哥白尼学说找到了确凿的证据，标志着哥白尼学说开始走向胜利，借助于望远镜，伽利略还先后发现了土星光环、太阳黑子、太阳的自转、金星和水星的盈亏现象、月球的周日和周月天平动，以及银河是由无数恒星组成等等，1610年，伽利略出版了他的《星际使者》，向全世界宣布了他的上述发现，这些发现开辟了天文学的新时代，为了纪念伽利略的功绩，人们把木卫一、木卫二、木卫三和木卫四命名为伽利略卫星，当时，人们争相传颂：“哥伦布发现了新大陆，伽利略发现了新宇宙”，今天，科学家霍金说，“自然科学的诞生要归功于伽利略，他这方面的功劳大概无人能及。”

1611年，伽利略在《关于太阳黑子的通信》中，肯定太阳是宇宙的中心，维护哥白尼的“日心说”，然而，当时势力强大的教会反对哥白尼的“日心说”，他们认为地球是宇宙的中心，太阳是围绕地球转动，而地球是不动的，因此教会在1616年给伽利略下了一道禁令，不准讲授哥白尼的学说。

1623年，伽利略冒险开始他最有名的著作——《关于两种世界体系之间的对话》的写作，随后的6年时间里，他完成了他的杰作，在书中他巧妙地阐明了自己支持哥白尼学说的证据，而反对哥白尼“日心说”的人的辩解却愚蠢而无力，1632年，这本书得以出版发行，但是，教会的权威人士很快就发现了伽利略仍在支持哥白尼的“日心说”，于是便一次又一次地把他押上宗教法庭。

当时的伽利略已年近七旬，身患重病，体质虚弱，在宗教法庭上，他的精神和肉体受尽了折磨，1633年6月22日，他被迫双膝跪地发誓，“放弃、诅咒、痛恨”过去的种种错误，但伽利略刚宣布完他的誓言，就大声喊道：“不管怎么说，地球毕竟是在运动着的”，这说明伽利略并没有放弃自己所坚持的学说，伽利略被判处终身监禁，监外执行。

经过3年的顽强拼博，他又完成了一部巨著《关于力学和位置运动的两种新科学的对话和数学证明》，在书中，他大胆叙述了物体的各种运动和动力学有关的一些问题，为近代实验科学的发展，开辟了广阔的道路，这部书被偷运到荷兰出版时，伽利略已双目失明。

1642年1月8日，这位终身为科学真理而斗争的伟大巨人含冤离开了人世，1983年，罗马教会终于为伽利略冤案公开平反。

伽利略有句名言：“生命有如铁砧，愈被敲打，愈能发出火花，”是的，生命无比坚强，人生需要磨砺，让我们在不断的困难之中坚持不懈，在打击和磨难之中显现生命的光芒和意义。