詹姆斯·克拉克·麦克斯韦:一八六五年那篇论文里,他写下了二十个方程

公元一八六五年,苏格兰物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦向英国皇家学会递交了一篇论文,题目是《电磁场的动力学理论》。这篇论文奠定了现代电磁学的数学基础,也改变了此后整个物理学的面貌。没有这篇论文,就没有后来的无线电、雷达和电视机,整个现代通信文明都要晚来几十年。

他出生于公元一八三一年,家乡在爱丁堡。他和那位航海家詹姆斯·库克只是名字恰好相同,两人毫无关系;他也不是二十世纪的马斯克,两个名字差着一百多年。他在剑桥读书时已经显露出非凡的数学天赋,此后先后在阿伯丁、伦敦国王学院任教。一八六五年那篇论文是他最重要的工作,其中他整理并推广了法拉第的力线思想,用严密的数学语言描述电磁场。需要说明的是,他原文写的是二十个分量方程,今天教科书里那四个矢量形式的方程组,是后人——主要是英国数学家赫维赛德——在十九世纪八十年代重新整理简化而成的,不是麦克斯韦本人亲手写下的那副模样。他那一版方程用的是四元数语言,读起来比今天的版本复杂得多,但数学内核是一脉相承的。他写论文时还不到三十四岁,却已经把法拉第几十年实验工作的精髓全部纳入了一个自洽的数学体系。

从这组方程出发,他推导出一个惊人的结论:电磁波在真空中的传播速度等于光速,因此光本身就是一种电磁波。这个预言在一八八七年由德国物理学家赫兹用实验证实。他由此把电、磁、光三种现象统一在了同一个理论框架下,这是十九世纪物理学最辉煌的成就之一。爱因斯坦后来在书房里挂了一幅肖像,挂的不是牛顿也不是法拉第,而是麦克斯韦——这个细节足以说明他在物理学谱系中的位置。

一八七一年他受聘于剑桥大学,主持创建了卡文迪许实验室并担任首任主任。这个实验室后来走出了卢瑟福、查德威克等一批诺贝尔奖得主,成为二十世纪物理学最重要的研究机构之一。他本人在一八七九年因胃癌去世,年仅四十八岁。巧合的是,就在他去世的同一年,阿尔伯特·爱因斯坦在德国乌尔姆出生。他一生发表过两百多篇论文,涉及热力学、气体动力学、颜色理论等多个领域,但最被后人记住的始终是电磁学那几页纸。

两件事之间没有任何因果关系,只是一个时间的巧合。但后人常常把这两个日期放在一起说,仿佛冥冥之中有什么交接。这种说法听听就好,不必当真。

❝他留下的方程比他的命长,也比我写得的任何话都长。❞