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2022-06-13

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在我们的系列文章中,我们讨论了最杰出的发明家和科学家们的成就,他们的工作对科学技术的发展产生了重大的影响。即使在这样杰出人物的群体中,詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(James Clerk Maxwell)也因其在物理学发展中的重要作用而特别突出。他于1831年6月13日出生于爱丁堡,是一名律师的儿子。当他的母亲死于癌症时,他只有8岁。小詹姆斯的教育委托给了一位私人教师,他没有意识到这位学生的潜力,认为他无知无能,就像亚历山多罗·沃尔特(Alessandoro Volty)所经历的一样。为世界科学的未来感到庆幸的是,年轻的麦克斯韦的姑姑不同意这位教师的想法,并于1841年将他送到了爱丁堡学院学习,在那里发现了他的才能远远超出了课程的范围。早在14岁时,他就发表了关于几何问题的第一部科学著作,并突出了他对模型和公式的兴趣。2年后麦克斯韦去了爱丁堡大学,然后转入剑桥大学学习。他成绩优异,且由于他的科学成就,他获得了三一奖学金和史密斯奖等。在接下来的几年里,麦克斯韦首先在马歇尔学院任教,后来又在伦敦的皇家学院任教。正是在那里,他的研究工作创建了麦克斯韦方程,涉及作为电动力学基础的电场和磁场的关系。麦克斯韦集成和巩固了安德烈·安培(Andre Ampere)、迈克尔·法拉第(Michael Faraday)和查尔斯-奥古斯丁·库仑(Charles-Augustin Coulomb)等科学家的成果,并以此为基础建立了电磁波理论,奠定了量子力学的基础。正是他的成就,或者更确切地说是试图挑战它们,使无线电技术得以发展并为海因里希·赫兹带来了名声。有趣的是,麦克斯韦的许多同时代人声称,尽管他取得了成就,但他无法应对研究和分析,例如,他对威廉韦伯的不公平批评就证实了这一点。然而,与此同时,他能够得出正确的结论,这从他的成就和他的工作对科学发展所产生的影响可以看出。

麦克斯韦的兴趣不仅限于电磁学。他还研究色彩感知,并于1855年发展了一种关于它们在摄影中被捕捉的理论。就在6年后,理论上的研究就能够以第一张格子呢缎带彩色照片的形式给出真实的图片。此外,他还研究了热力学,这导致产生了所谓的麦克斯韦分解,即关于气体分子速度及其对温度和摩尔质量关系的公式。一个有趣的问题是科学家所开发的思想实验,被称为麦克斯韦恶魔,它旨在颠覆热力学第二定律。值得一提的是他对文学特别是诗歌感兴趣,他不仅通晓文学,而且还是作家。

在我们关于发明家的系列文章中,麦克斯韦与众不同,因为他首先是一位数学家。甚至可以说,他不仅是一位创造者,而是一位探索者。尽管如此,他的工作已成为现代技术的基础。他以优雅图案形式所描述的电磁学已广泛应用于电机、执行器和伺服机构,从而促进了工业自动化的发展,同时也实现了我们日常生活的“机器人化”。毕竟,冰箱中的压缩机和洗衣机中的电机都是基于麦克斯韦研究所做的相同基本计算而创建的。电磁继电器过电流熔断器也采用这些模式进行设计。这同样适用于测量设备钳形表电压、电流…等的模拟指示器,而这一切只是对19世纪阿伯丁和伦敦所描述的物理依赖关系为人类开辟的可能性的简介。使GSM网络卫星导航系统和许多无线通信标准运行的无线电波的存在,并没有得到麦克斯韦的充分证明,而应该说是被“预测的”。改变世界并为人类星际旅行开辟道路的现象就恰好出现在麦克斯韦的方程中。

难怪当阿尔伯特·爱因斯坦被问及启发他的人物时,直接回答说他没有发展牛顿的成就,但他觉得自己的名声似乎归功于站在詹姆斯·麦克斯韦的肩膀上。

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