中外科学家发明家丛书:麦克斯韦_2-第1章
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中外科学家发明家丛书
麦克斯韦
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麦克斯韦是英国物理学家，是物理学上经典电磁理论的奠基人。
19世纪初提出的电磁理论，曾经导致了物理学界的一次革命。从奥斯
特、安培发现电流的磁效应开始，到法拉弟对电磁学进行实验研究和完善，
直至最终电磁学理论的建立，前后经历了半个世纪的历程。而最终用数理科
学方法使电磁学理论体系建立起来的，就是物理学家麦克斯韦。
有人这样评价他为：“自牛顿以来最伟大的数学物理学家”，这可能有
些夸大的成份，但是就麦克斯韦本人来说，应该赢得属于他的荣誉。在他生
前，麦克斯韦本人的自负和谦虚使他并未享有他所应当享有的盛名，但是在
今天，我们有必要去了解这个科学史上的伟人。因为不谈他的主要理论在今
天科学世界的实际作用，就是他的其他的细小的理论成就也使我们今天的实
际生活丰富和幸福，比如彩色电视和彩色照相。
所以，对于物理学家而言，麦克斯韦有权得到最高承认。
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一、勤奋好学的少年
詹姆斯·克拉克·麦克斯韦1831年11月13日生于苏格兰古都爱丁堡，
他是佩尼奎克的克拉克家族的后裔。麦克斯韦的母亲也是大家族的女儿，很
有教养，是主教派教会的会员。麦克斯韦的启蒙教育是由母亲承担的，母亲
教他读书，启发他的好奇心。但不幸的是麦克斯韦八岁时母亲死于肺结核。
这种病在今天是不难治愈的，但在100多年以前，因为没有特效药，得肺病
的人就如被判死刑。40多年以后，麦克斯韦也同母亲一样，死于同一病因，
同一年龄。
麦克斯韦的父亲约翰是一名不随流俗的机械设计师，他对麦克斯韦的影
响非常大。他是长老会教友，但思路开阔，思想敏锐，讲求实际，特别能干。
家里的事情，不分巨细，他都料理得很好。修缮房屋，打扫庭院，给孩子们
制做玩具，乃至裁剪衣服，他样样都能胜任。
母亲的去世对于未成年的麦克斯韦是一个无比沉重的打击。在生活上，
这个家庭的生计变得日益艰难，在心灵上，给小麦克斯韦蒙上了驱不散的阻
影。他深爱自己的母亲，后来他谈到母亲时曾说：“虽然我同母亲只相处了
8年，并且一切均有我的父亲做伴，但多年来我总有丧母之忧，因而羡慕那
些有母亲的人，他们生活得多么美满和幸福。”
母亲去世后，性格渐渐变得孤僻、内向的麦克斯韦便与父亲相依为命。
能干的父亲担负起了抚养、教育他的全付担子。小麦克斯韦童年的最大乐趣，
就是形影不离地跟着父亲，好奇地问这问那，给父亲当一个小小的帮手。父
亲的倔强性格，心灵手巧以及做事的细致入微对麦克斯韦的影响非常深。
麦克斯韦10岁的时候，父亲把他送入了城里的爱丁堡公学就读。这所学
校建于1824年，办学宗旨是按照英格兰的方法向苏格兰青年提供一种正统教
育。因为在当时英格兰人看来，苏格兰人处于一种不文明不开化的状态之中，
因而苏格兰式的教育方式不是正统的、正规的，所以真正称得上受过教育有
教养的人要按照英格兰式的方法接受英格兰的教育。
公学的校长约翰·威廉斯牧师就是一个接受过正统英格兰牛津教育的威
尔士人。他为人豁达、风趣、开朗，办学上有见地。他使爱丁堡公学迅速英
格兰化并使之成为苏格兰的一流学校。但是这所学校的大多数教职员都是苏
格兰人，所以苏格兰的传统教育方法也体现在这所公学的某些方面。这样，
年幼的麦克斯韦就处于苏格兰教育思想和英格兰教育思想的交织和对峙状况
之中，并在这种矛盾和融合下发展，这种状况在他毕生事业中一直存在并对
他的气质有着深刻的影响。
如果说这种潜移默化的冲突是一种长期性的隐性行为，那么小麦克斯韦
首先要面对的是更为世俗的冲突，那就是城市与乡村的冲突。
麦克斯韦生长于父亲的老家盖洛韦乡村，因此操着浓浓的盖洛韦乡音。
他是在学期中插班来上课的，第一天上课，就受到了同学们的嘲笑。那是在
老师点名叫他回答问题的时候，麦克斯韦刚一开口，那浓重古怪的口音便引
得同学们哄堂大笑。有一次因为他发音实在是太古怪了，连一位文绉绉的女
教师都忍不住笑出了眼泪。因此老师们便很少再在课上向他提问，麦克斯韦
也更趋于孤僻。
在服饰上，麦克斯韦也与众不同。在19世纪，英国人是十分讲究衣饰打
扮的，女流以华贵为时髦，男子要戴高筒礼帽，穿着笔挺的衣服，衬衫的领
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子要做得硬梆梆的。而麦克斯韦那灵巧的父亲则认为这样的服饰一来不利于
活动，二来洗起来也不方便，于是他自己动手设计、剪裁，按照苏格兰人简
朴、实用的原则为儿子做了一套简便的紧身衣，可以不穿外套，也没有累赘
的硬领。不仅如此，麦克斯韦的皮鞋也是父亲做的，也许是为了缝合时的方
便，皮鞋头是方形的，鞋帮上用金属扣扣紧。
不料这些“奇装异服”使麦克斯韦成了同学们嘲笑和攻击的对象，城里
孩子不仅讥笑他，排挤他，而且还撕破他的衣服，偷走他的腰带。他们还给
他取了一个外号——“傻瓜”，这个外号在学生时代一直跟着他，实际上它
的意思与其说是指愚蠢，更不如说是指古怪。
父亲见儿子如此受到侮辱，深感痛惜，决定不再让孩子穿自己设计的衣
服。麦克斯韦尽管眼泪汪汪，但是却倔强地坚持要穿到底，因为他信任自己
的父亲，认为他的设计是无可非议的，为此他决不向暴力屈服。
麦克斯韦依然穿着那样的服装进出课堂，为了捍卫自己的尊严，他转向
那些欺侮人的家伙，并且不停地挥舞拳头，打得他们不敢吱声。
城里的孩子发现这农村学生并不是可以随意欺侮的，于是开始有意地孤
立他。麦克斯韦因此也很少与大家来往，课下，他总爱独自坐在树下读读诗
歌，画一些只有自己才看得懂的图画，或者一个人躲在教室的角落里，专心
致致地演算父亲给他出的数学题。在班里，面对同学的冷嘲热讽，他沉默着，
但却从没低下头，当忍无可忍的时候，他就用尖刻的话语来回击。整个爱丁
堡公学只有两个人与麦克斯韦要好——坎贝尔和泰特，他们也是在班里受欺
侮的，三人同命相怜。这两个人后来也和麦克斯韦一样有作为，坎贝尔成了
古典文学学者，泰特成了数学和物理学家 （自然哲学家）。
麦克斯韦最初在爱丁堡公学时就是这样，尝尽了冷眼和孤独，但是天才
的光芒是永远不会被埋没的。到了中年级的时候，奇迹出现了。在一次学校
举行的数学和诗歌比赛中，麦克斯韦脱颖而出，一举夺得了两个项目的最高
奖。结果一经公布，不仅让全班同学目瞪口呆，就连老师们也大感意外，他
们这才意识到，班里这个独来独往的“傻瓜”原来有着如此的才华。
这次比赛改变了麦克斯韦在班上的地位，优秀的学生总是受人崇敬的。
于是再也没有人取笑他的口音和衣服，同学们开始敬重他，有了疑难问题也
都向他请教。麦克斯韦成了全校的尖子生，获得了许多奖励。
麦克斯韦的光彩，看起来象是突然迸发出来的，实际上这与他的勤奋刻
苦是分不开的。他对数学和物理有着浓厚的兴趣，特别是数学。在数学方面，
他很早就表现出较好的天赋。一次父亲教幼小的麦克斯韦练习画静物写生，
所画对象是插满金菊的花瓶。画完后父亲一看，满纸涂得都是几何图形：花
瓶是梯形，菊花成了大大小小的一簇圆圈，叶子用一些奇怪的三角形表示。
父亲见他对图形的把握性很强，又有空间立体感，于是便教他几何，后来又
教他代数。麦克斯韦因此与数学结下了不解之缘，而且他的数学才华，很快
突破了学校教授的范围。十四五岁的时候，他就自个儿发现了次多面体。他
写了一篇论文，发表在《爱丁堡皇家学会学报》上，论文题目是讨论二次曲
线的几何作图。这种曲线首先是被笛卡尔发现加以研究，并描述过绘制这种
曲线的方法；但麦克斯韦这次所用的方法是崭新的。在那时，一个最高机构
的学报刊登孩子的论文，是非常罕见的，麦克斯韦的父亲以此自豪。这篇论
文的想法十分巧妙，而且显示出了麦克斯韦一生中治学的两个特色：严密性
和对几何论证的偏爱，这正是苏格兰传统教育的体现。
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这篇论文的最重要价值是使麦克斯韦进入到爱丁堡的学术界。他和父亲
一起，出入于爱丁堡皇家学会的会议，也因此接触了更多的有识之士，增长
了见识。
少年时代的麦克斯韦还酷爱诗歌，不仅爱读，而且擅写。他的诗自成一
格，常常即兴而作，博得友人的喜爱。同学之间也常常传抄、朗诵。麦克斯
韦从来没有想过当一名诗人，但他一生都没有放弃过写诗的爱好。
在中学时候，麦克斯韦常爱玩两种玩具，一是提螺，它类似于中国的空
竹，玩的时候用绳子提拉，一面飞速旋转，一面发出嗡嗡的声响。据说麦克
斯韦毕生都爱玩这个，还教他的朋友们玩。二是一种叫活动画筒的玩具，他
也极感兴趣。这种玩具大概类似于万花筒。麦克斯韦的这两种游乐兴趣，并
不仅仅是出于娱乐，因为这两种看似简单的玩具中，包含着复杂的科学原理。
而在以后，这些原理都被他应用到科学上。
1847年，麦克斯韦16岁，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，但考试成绩却总是名列前茅。
他在这里专攻数学物理，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，不知满足地读课外书，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。其中
两个人对他影响最深，一是物理学家和登山家福布斯，一是逻辑学和形而上
学教授哈密顿。福布斯是一个实验家，他培养了麦克斯韦对实验技术的浓厚
兴趣，一个从事理论物理的人很难有这种兴趣。他强制麦克斯韦写作要条理
清楚，并把自己对科学史的爱好传给麦克斯韦。哈密顿教授则用广博的学识
影响着他，并用出色的怪异的批评能力刺激麦克斯韦去研究基础问题。
在这些有真才实学的人的影响下，加上麦克斯韦个人的天才和努力，麦
克斯韦的学识一天天进步，他用三年时间就完成了四年的学业，相形之下，
爱丁堡大学这个摇篮已经不能满足麦克斯韦的求知欲。为了进一步深造，1850
年，他征得了父亲的同意，离开爱丁堡，到人才济济的剑桥去求学。
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二、负疚剑桥
剑桥大学创立于1209年，是历史悠久的大学，也是英国首屈一指的高等
学府，它有着很好的科学传统。牛顿曾在这里工作过30多年，达尔文也毕业
于此。麦克斯韦初到剑桥，年仅19岁，他这个青年对大千世界的一切都感到
新鲜。他几乎每天都和父亲通信，谈论这时的所见所闻和自己的学习收获。
在剑桥，麦克斯韦依然保持着他惯有的勤奋作风。他的学习出类拔萃，
第二年以优异的成绩考取了奖学金。按剑桥的规定，获得奖学金的学生在同
一桌吃饭，麦克斯韦因而结识了一群有志有为的年轻人。他也渐渐克服了少
年时代的羞怯，变得爱与人交往，因为这些有才华的年轻人毕竟情投意合，
而且相互钦佩。
在这所学校中，有一群才华横溢使学校四壁生辉的自由古典派学者，他
们组织了一个团体称为使徒俱乐部。这是一个科学团体，意为耶稣的12个门
徒，人数以12人为限，实际上是一个有建设性的学会，只有有真才实学的学
生才有资格参加。麦克斯韦的才华引起了这个团体的注意，他们吸收他为会
员。
在剑桥，麦克斯韦专攻数学，读了大量的专著。此时，他的学习方法还
很没有条理性、系统性，有时候为了钻研一个问题，他接连几周目不旁顾，
而有的时候，他又不加选择，漫无边际地博览。课余时间，他常常和使徒社
的朋友们聚在一起，探讨各式各样的问题。他们宣讲论文，进行辩论，提出
批评，交流意见，有时也即兴作诗。朋友们十分欣赏麦克斯韦的诗才，但是
与他谈话交流却非常困难，因为麦克斯韦说起话来和他读书一样，思维跳跃
性非常大，常常如天马行空，自己心中明白，表达出来却前言不搭后语，往
往一个论题没有讲完，又跳到另一个题目上。而且他的思路怪异，总爱提出
一些让人摸不着头脑的怪问题，比如什么“死甲虫为什么不导电？”，“活
猫和活狗摩擦可不可以生电？”，让人无从回答。尽管同伴们与他交流起来
困难，但是仍把麦克斯韦看做他们中间独一无二的人。麦克斯韦惊人的想象
力，敏捷的思维，讥诮的诗句使他们折服了。
一块朴玉，要有名师的雕琢才能成为佳品，一个奇才，也需要名师点拔
才能有所成就。在剑桥，麦克斯韦通过一次极为偶然的机会遇到了一位好老
师，那就是剑桥的教授、著名数学家霍普金斯。一天，霍普金斯因研究需要
要借一深奥的数学专著，到图书馆一查，发现这本书已经被一位青年借走了。
这本书一般学生是不可能读懂的。霍普金斯感到诧异，询问借书人的名字，
管理员告诉他是“麦克斯韦”。他找到麦克斯韦，发现他正在埋头做摘抄，
笔记上涂得五花八门，毫无头绪。霍普金斯觉得这个年轻人不一般，走上前
去诙谐地说：“小伙子，如果没有秩序，你永远成不了数学物理学家。”就
这样，麦克斯韦成了霍普金斯私人班级的第15个学生。
霍普金斯是个学识渊博的人，也是一名地球物理学家，人们称之为“造
就数学学位考试一等生的工匠”。如果一个教师的水平通过他教出的学生水
平来鉴定的话，霍普金斯毫无疑问地荣登榜首。在他门下，卓越的人才层出
不穷：汤姆孙、斯托克斯、凯利、费勒斯、泰特、劳思……
麦克斯韦在导师的影响下，首先克服了原先那种杂乱无章的学习方法。
霍普金斯是个很严谨的人，他对麦克斯韦的每一个选题乃至每一步运算的要
求都很严格。更重要的�
