揭秘麦克斯韦:仅凭一个方程跻身科学巨匠之列

B站影视 韩国电影 2025-10-31 19:43 1

摘要:首先他是首任卡文迪许实验室的主任,剑桥大学卡文迪许实验室大名鼎鼎,同时他也是卡文迪许物理学教授。这是一个名誉头衔。1874年麦克斯韦获得了卡文迪许尘封半个多世纪的电学手稿,经过他五年的整理让卡文迪许的那些科学成就再放光芒。

麦克斯韦。

他叫麦克斯韦,可能你们有点陌生,他用四行诗般的方程将光、电、磁归于一体。正是因为这个成就让他跻身于世界排名第三的物理学家。麦克斯韦为什么能够排在第三?

首先他是首任卡文迪许实验室的主任,剑桥大学卡文迪许实验室大名鼎鼎,同时他也是卡文迪许物理学教授。这是一个名誉头衔。1874年麦克斯韦获得了卡文迪许尘封半个多世纪的电学手稿,经过他五年的整理让卡文迪许的那些科学成就再放光芒。

麦克斯韦到底凭什么能排在爱因斯坦和牛顿之后?这就是他的成就:麦克斯韦方程组。看到这里我估计小朋友们都大呼一声:这是什么东西?我完全看不懂,我晕了对吧?我估计可能很多成年人也看不懂。

麦克斯韦方程组的第一条方程就是这个,它表示的意思其实就是电场的源头是一个电荷,电荷的密度越大电场线就越密集。电场是可以用线来表示的,就这么简单一句话:密度越大电场线越密集。听上去像一句废话,这就是他发现的关于电、磁和光的第一条定律。

我再次说明一下,定律是假设,是共同信念,不需要证明的,我们只知道它(们)有这样的数学关系。

第二条所有的磁力线一定是闭合的,包住任何区域磁场的"流出量"永远是零。你看那个三角形其实是一个算符,是一个计算方式。中间这个点也是一个算符,它表示物理学中一个叫散度的计算方法。这个B就是磁通量,什么意思?不用去管,反正你就知道有一个东西为零。

什么东西为零?就是磁力线的总的输出向外界的输出量是零,所以磁力线一定是闭合的。有了这一条我们就可以得出一个推论,就是任何一个磁铁你把它一掰两段它不会变成一个南极,一个北极,而它一定会变成两个小磁铁。所有的磁铁一定有南极和北极,因为磁通量为零。

注意这是一个假设,并不代表它是真理。在科学界没有真理,只不过我们到目前为止没有发现任何反例。所以现在有一些科学家正在试图去寻找磁单极子。如果磁单极子被找到了,那么麦克斯韦的这个理论就被推翻了。但是一直到今天,麦克斯韦的理论已经屹立200多年,依然屹立不倒。

那么接下去两条,这两条方程其实是同一个意思的一体两面。第一个方程说的是变化的磁场一定会感应出一个环形的电场,而电流或者变化的电场又一定会感应出环形磁场。环形电场就是一个变化的电场,环形磁场会产生环形电场,环形电场又会产生环形磁场。如此循环往复,会绵延千里,不会断绝。就像这幅图上显示出来的一样,这就被称作电磁波。

电磁波就是麦克斯韦的这两个方程推导出来的。注意,麦克斯韦在写出这个方程的时候并不知道有电磁波这回事儿存在,他只不过写了这个方程,他预言一定有一个东西叫做电磁波,他会不断地传播下去。结果过了几十年,另外一个科学家叫赫兹就真的找到了电磁波,验证了麦克斯韦的这个预言是正确的。

后来人们又意识到,原来我们看到的光也是一种电磁波,光就是电场和磁场之间的交替震荡。所以电磁波的本质就是电场加一个磁场,震动方向是互相垂直的,就一个上下震动,一个左右震动,就是这样子。

为什么我们这个翻页笔能工作?因为它会发出电磁波,我一摁电磁波一发射出去,那里接收到了,它就变了。它的源头就是麦克斯韦的麦氏方程组。麦克斯韦方程组就是将电、磁、光这三个自然现象统一在了一个理论框架当中,这就是他最伟大的成就。这个成就足以让他跻身于排名第三的世界最著名的物理学家。

麦克斯韦的方程组是唯一的一个从经典物理时代诞生,却几乎原封不动的完美地幸存到了现代物理,也就是相对论和量子力学时代的核心理论。它和相对论和量子论完美兼容,除非有一天,我们在座的某一位青少年,你们真的发现了磁单极子,那么你就有可能推翻麦克斯韦,成为足以和他们这三位科学家并肩的伟大的新物理学的开创者。

来源:嘻嘻嘻扭

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