麥克斯韋

前言

我大約在16歲時就對麥克斯韋著迷，到了40多歲，他對我來說仍然是一位神秘的人物。他的名字出現(xiàn)在對20世紀重大發(fā)現(xiàn)-例如相對論和量子理論——的通俗描述中。當(dāng)我還是一位工程學(xué)專業(yè)的學(xué)生的時候，我就知道他的方程是電磁學(xué)的基礎(chǔ)，但沒有完全理解它們的魔力。然而，盡管我現(xiàn)在稍稍理解了它們一點點，但它們卻又變得更加深奧莫測了。多年來，麥克斯韋之謎的魅力牢牢地吸引著我，科學(xué)讀物看得多了，即使是隨意的閱讀，也會加深我對這個謎的理解。通常人們都以“偉大的麥克斯韋”開頭，顯然，他對物理學(xué)的影響是遍及各方面的，然而，他在物理學(xué)界之外幾乎不為人知。我的朋友都知道牛頓和愛因斯坦，大多數(shù)還知道法拉第，，但多數(shù)都沒有聽說過麥克斯韋。更有甚者，在我所閱讀的大多數(shù)寫他生平的材料中，除了介紹他是蘇格蘭人并生活在19世紀中葉以外，就什么也沒有了。應(yīng)該是到了揭開這個謎底的時候了。幾年以前，我開始在當(dāng)?shù)貓D書館查閱有關(guān)麥克斯韋的資料。在《大英百科全書》中有一條關(guān)于他的條目，包含著有很有價值的2000字和一個簡要的參考文獻，這仿佛使我找到了通向埋藏財富的寶庫之路。麥克斯韋不僅是有史以來最有天才和最有影響的科學(xué)家之一，而且還是一個善良而又有魅力的人。他似乎可以激發(fā)作家們的靈感，使他們把奇跡和愛結(jié)合起來。劍橋大學(xué)三一學(xué)院圖書館珍藏著一本1925年編輯的《時代文學(xué)增刊》（Times Literary Supplement），它把麥克斯韋說成“在物理學(xué)家眼里是19世紀最富傳奇色彩的人物”。我力圖用簡潔而又直白的語言向讀者講述麥克斯韋的故事，使讀者按照他生活的年代、以他的觀點去看待世界。因此，正文只包含少量供查閱的參考文獻，這些背景或細節(jié)也是本故事所必需的。后面的《注釋》則考慮彌補這方面的不足，同時還給出了一些有趣的拾零。在麥克斯韋的許多朋友看來，他很熱情，也很能鼓舞他周圍的伙伴。我希望本書能使讀者因為了解了麥克斯韋的一些故事而感到愉快。

內(nèi)容概要

麥克斯韋(1831～1879)改變了我們對事物的認識，為20世紀的科學(xué)與技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。他發(fā)現(xiàn)了電磁波，這使電視、無線電、雷達和移動電話成為可能。他制作了第一張彩色照片，還引入了后來被愛因斯坦經(jīng)常采用的思想實驗。他對整個物理學(xué)的影響是巨大的。他的思想超越了時代，后人在多年以后才證實了他的理論。
本書《麥克斯韋：改變一切的人》力圖用簡潔而又直白的語言向讀者講述麥克斯韋的故事，使讀者按照他生活的年代、以他的觀點去看待世界。
 《麥克斯韋：改變一切的人》由巴茲爾·馬洪編著。

作者簡介

巴茲爾·馬洪：原系英國皇家電力與機械工程師學(xué)會干事，早年畢業(yè)于工程學(xué)專業(yè)。他現(xiàn)在是一位退休的政府公務(wù)員，1991年參與了英格蘭和威爾士的人口普查。
巴茲爾·馬洪對物理學(xué)的熱情長盛不衰，特別醉心于麥克斯韋對人類生活影響的研究。

書籍目錄

導(dǎo)言
第一章  鄉(xiāng)下的孩子格倫萊爾  1831～1841
第二章  釘子和線愛丁堡公學(xué)  1841～1847
第三章  哲學(xué)愛丁堡大學(xué)  1847～1850
第四章  學(xué)會玩魔術(shù)劍橋大學(xué)  1850～1854
第五章  藍色+黃色=粉紅色劍橋大學(xué)  1854～1856
第六章  土星與統(tǒng)計力學(xué)阿伯丁  1856～1860
第七章  旋轉(zhuǎn)的渦旋倫敦  1860～1862
第八章  美妙的方程倫敦  1862～1865
第九章  家鄉(xiāng)的地主格倫萊爾  1865～1871
第十章  卡文迪什劍橋  1871～1879
第十一章  最后的日子
第十二章  麥克斯韋的遺產(chǎn)
注釋
參考文獻
索引
譯后記

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：插圖：麥克斯韋的高祖約翰·克拉克爵士是位光芒四射的人物，使我們大多數(shù)的人的努力顯得黯然失色。盡管他是蘇格蘭財政部的男爵和英聯(lián)邦政府的一名官員，但他創(chuàng)作的音樂至今還在被演奏。他還是皇家學(xué)會的會員，在考古學(xué)、建筑學(xué)、歷史、天文學(xué)、地質(zhì)學(xué)和醫(yī)學(xué)等方面都是一個有影響力的權(quán)威。約翰·克拉克爵士的一個兒子，也叫約翰·克拉克，除了是一位有天賦的藝術(shù)家和地質(zhì)學(xué)者之外，還是一位極其成功的商人。他和朋友赫頓一起工作，繪制了赫頓開創(chuàng)性的著作《地球論》（Theory of the Earth）的插圖。不過，他的杰作是一部論海軍戰(zhàn)術(shù)的書。令人非常驚奇的是，他這個旱鴨子——從來沒有下過?！尤荒軐戇@么一本書。不僅如此，這本書還成為這個專題的標準著作。納爾遜海軍上將在指揮特拉法爾加戰(zhàn)役中直接應(yīng)用了這本書中的一些戰(zhàn)術(shù)。在約翰和弗朗西斯的宅院里找不到他們杰出祖先的蹤跡。沒有家財萬貫，也沒有肖像畫廊。值得他們驕傲的傳家寶之一就是用舊了的一套風(fēng)笛，是麥克斯韋祖父留下的。麥克斯韋祖父曾是英國東印度公司的海軍上校。當(dāng)船只失事時，他曾利用風(fēng)笛保持自己漂浮而不下沉。然而，缺乏家庭裝飾卻對他們的兒子非常有利。與一般貴族家庭相比較，麥克斯韋與他父母親的關(guān)系更加親密。他母親成了他的家庭教師，而他父親在處理莊園事務(wù)時常帶著他。他有充足的時間與當(dāng)?shù)睾⒆右黄鹜?。他學(xué)會了加洛韋方言，操著永遠沒有完全改掉的地方口音。他本應(yīng)該是一個快樂無比的孩子，然而，不幸即將降臨。弗朗西斯生病了，被診斷為腹腔癌。她決定不用麻醉劑而接受手術(shù)，而手術(shù)成功的機會不大。為了丈夫和兒子，她希望盡可能活得長一點，因此才選擇這種極其痛苦的治療方案。遺憾的是手術(shù)沒有成功，弗朗西斯不久就病逝了，年僅47歲。弗朗西斯一直是家庭的中心，沒有她，格倫萊爾的家顯得很凄涼。約翰和麥克斯韋既悲痛傷心，同時又得到了一絲寬慰，畢竟病痛再也不會去折磨弗朗西斯了。失去親人的打擊使父子倆彼此更加親近了，父親希望有兒子相伴。然而，終究要面臨麥克斯韋上學(xué)的問題。原計劃麥克斯韋13歲以前在家接受教育，然后直接送他上大學(xué)。但是，約翰忙于莊園和郡的各種會議以及委員會工作，以至無暇親自教孩子。行程在一天的范圍內(nèi)又沒有合適的學(xué)?？勺x；要是把麥克斯韋送到遠處讀書，約翰又害怕孤獨。于是，約翰決定聘用一位家庭教師。他選中了鄰居一位16歲的少年，這位少年在校成績優(yōu)異，由于推遲了上大學(xué)的時間，所以可以接受這個崗位。人們無論如何也搞不清楚約翰是怎樣做出這樣一個欠妥當(dāng)?shù)倪x擇的。他的兒子那么有天賦，他怎么能把他托付給一個知識既有限而又缺乏生活閱歷的人呢？無論他有什么理由，損失是慘重的。這位家庭教師采用的教學(xué)方法是他所在學(xué)校采用的那一套：通過體罰，逼學(xué)生死記硬背。課堂成為折磨精神和摧殘身體的場所。麥克斯韋本想讓父親高興，但卻對背誦那些脫離實際意義的單詞和數(shù)字一點興趣也沒有。在遭受無數(shù)次地被揪耳朵和挨巴掌之后，他仍然不認可這種教學(xué)方式。他的伙伴在學(xué)?？隙ㄔ馐苓^類似的虐待，所以他也許認為他只能忍受這種教學(xué)方式。但是，在忍受了一年多以后，他開始反抗了。在住宅附近的鴨塘邊有一個大洗衣盆，麥克斯韋一直用它作為小船劃著玩。有一次，他在課堂上實在是忍無可忍了，便沖出課堂，把那個大洗衣盆推進塘中，隨后跳進盆中并把它劃到鴨塘的深水處。無論這位家庭教師怎么叫喊，他就是拒絕上岸。盡管他父親不贊成這種反抗行為，他還是終于達到了目的。住在愛丁堡的麥克斯韋的姨媽簡——弗朗西斯的妹妹，在了解了情況后就勸說約翰，現(xiàn)在是該把已10歲的麥克斯韋送去上學(xué)的時候了。約翰守寡的姐姐、麥克斯韋的姑媽伊莎貝拉也住在愛丁堡，也同意這么做。愛丁堡公學(xué)是蘇格蘭最好的學(xué)校之一，離他姑媽家很近。他上學(xué)期間可住在姑媽家，假期再返回格倫萊爾。約翰盡管很不情愿與兒子分開，但知道簡和伊莎貝拉的觀點是對的，所以同意了她們的安排。不湊巧的是，學(xué)校一年級的人數(shù)已經(jīng)滿了，所以麥克斯韋不得不一開始就上二年級。他所在的班級有60位“老生”，在校已學(xué)習(xí)了一年多，熟悉學(xué)校并形成了他們自己的圈子。他們大部分人都是來自愛丁堡的大戶人家，說話口音優(yōu)雅?？上攵?，對于一個“新來的人”來說，來到這兒學(xué)習(xí)并不容易。更為糟糕的事情是，他父親為他設(shè)計并縫制的衣服也給他造成了更大的麻煩。從客觀上講，這些衣服都是很好的：保暖、結(jié)實和舒適；另外還有寬松的外衣和方頭鞋。約翰似乎忘記了人性因素：在麥克斯韋的同學(xué)看來，與他們穿著的緊身夾克和修長的鞋子相比，“新來的人”麥克斯韋的穿著打扮好像他是來自外國的一個可笑的鄉(xiāng)巴佬。所以，我們不奇怪的是，在麥克斯韋進城上學(xué)的第一天，他操著奇怪的口音，穿著不同一般的衣服，儼然就是一個鄉(xiāng)下孩子。我們已經(jīng)看到，他頑強地挺過了粗暴的對待，回避了嘲弄。艱難的時間持續(xù)了一陣子，同學(xué)們從嘲笑到接受他，到最終欽佩他。

后記

1999年，在新千年即將到來之際，世界著名的英國學(xué)術(shù)期刊《物理世界》，為評選出“有史以來10名最偉大的物理學(xué)家”，在世界范圍內(nèi)對100余名一流物理學(xué)家進行了問卷調(diào)查。同年11月，《物理世界》推出了一期千年特刊，公布了評選結(jié)果。根據(jù)投票結(jié)果，10大物理學(xué)家的排名依次分別是愛因斯坦、牛頓、麥克斯韋、玻爾、海森伯、伽利略、費恩曼、狄拉克、薛定諤、盧瑟福。對于當(dāng)今的物理學(xué)界來說，《物理世界》的這個評選結(jié)果具有相當(dāng)?shù)墓?、代表性和?quán)威性，基本上代表廣大物理學(xué)工作者的一致心聲。本書的主人翁麥克斯韋排名第三，僅名列于愛因斯坦和牛頓之后，這充分表明了他對物理學(xué)發(fā)展的偉大貢獻以及他在物理學(xué)中頭等重要的地位。麥克斯韋于1879年逝世，在他去世半個世紀之后，愛因斯坦首先承認他對物理學(xué)最有貢獻。愛因斯坦認為，“麥克斯韋標志著一個科學(xué)時代的終結(jié)和另一個科學(xué)時代的開始”，麥克斯韋“勝過所有的物理學(xué)家”。在10大物理學(xué)家中名列第七位的費恩曼，也曾高度評價過麥克斯韋電磁理論的歷史意義。費恩曼說：“站在人類歷史的高度從長遠看——例如從現(xiàn)在起的一萬年觀之，幾乎毫無疑問的是，19世紀中最重要的事件將被判定為麥克斯韋對電動力學(xué)定律的發(fā)現(xiàn)，而在與同一個十年中的這一重要科學(xué)事件相比之下，美國的內(nèi)戰(zhàn)就將褪色而成為只有地區(qū)性的意義了?！丙溈怂鬼f成為了改變一切的人。他的影響貫穿了我們生活的方方面面：他的電磁波給我們帶來了無線電、電視和雷達；他證明的三色原理是彩色電視的基礎(chǔ)……然而，更重要的是，他在上發(fā)動了一場物理學(xué)觀察世界方法的革命。他是應(yīng)用場方程表示物理過程的第一人，而場方程現(xiàn)在是物理學(xué)家描述宇宙和原子所采用的標準形式；他也是用統(tǒng)計方法描述多粒子過程的第一人，這也是現(xiàn)在另一個標準的方法；他正確地預(yù)言光就是一種電磁現(xiàn)象，光速只是電荷的電磁單位和靜電單位之比；他的電磁場方程是啟發(fā)愛因斯坦創(chuàng)立狹義相對論的主要源泉；他的電磁場方程和氣體分子運動論共同在普朗克的能量量子發(fā)現(xiàn)中起了作用；他的思想實驗——麥克斯韋妖，被創(chuàng)造性地應(yīng)用到信息理論和計算機科學(xué)之中。他設(shè)計并創(chuàng)建的劍橋大學(xué)卡文迪許實驗室是科學(xué)發(fā)現(xiàn)的搖籃，包括電子和DNA結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)。然而，在物理學(xué)界以外，麥克斯韋卻又是默默無聞的。我們可以比較肯定地說，人人都知道牛頓和愛因斯坦，而麥克斯韋在物理學(xué)界以外卻幾乎不為人知。本書作者巴茲爾·馬洪除了翔實而又細致地敘述了麥克斯韋一生之外，他在本書結(jié)尾《麥克斯韋的遺產(chǎn)》一章中，還分析了其中的原因。巴茲爾·馬洪把其中的原因主要歸結(jié)為三點：一是因為麥克斯韋的謙虛；二是因為麥克斯韋的許多科學(xué)思想遠遠超越了他所處的時代，這一點尤為重要；三是因為麥克斯韋遲遲得不到他祖國的承認。關(guān)于第三點原因，巴茲爾·馬洪講了一個匪夷所思的故事：1960年，倫敦皇家學(xué)會舉行了三百周年紀念慶典，英國女王出席儀式，并在講話中稱贊了皇家學(xué)會以前的許多著名會員，但莫名其妙的是，麥克斯韋居然不在其中。在一般人看來，英國女王也許犯下了一個“偶然的”失誤，然而，如果只要讀者認真閱讀這本書并深入思考一下，那么你就會認為英國女王的“偶然的”失誤絕非偶然。除了巴茲爾·馬洪所講的原因以外，本書譯者還想補充一個原因。這就是人們對麥克斯韋本人研究和宣傳得太少了。關(guān)于這一點，僅從已出版的研究麥克斯韋的專著數(shù)量就可以證明。截止2000年，全世界以英文出版的研究麥克斯韋的專著總共只有9部，譯者按出版時間順序給出如下：[1]Campbell，L.andGarnett，W.TheLifeofJamesClerkMaxwell.Macmillan，London（1882；2ndedition1884）；[2]Thomson，J.J.（Ed.）.JamesClerkMaxwell，ACommemorationVolume.CambridgeUniversityPress，Cambridge（1931）.[3]Domb，C.（Ed.）.ClerkMaxwellandModernScience.AthlonePress，London（1963）；[4]Everitt，C.W.F.JamesClerkMaxwell：PhysicistandNaturalPhilosopher.Scfibner’SSons，NewYork（1975）；[5]CommunityCouncilofKirkpatrickDurham.JamesClerkMaxwell：PathfinderofModernScience，ACentenaryTribute（1979）；[6]Tolstoy，I.JamesClerkMaxwell：ABiography.Canongate，Edinburgh（1981）；[7]Goldman，M.，TheDemonintheAether：TheLifeofJamesClerkMaxwell.PaulHarrisPublishing，Edinburgh（1983）；[8]Glazebrook，R.T.JamesClerkMaxwellandModernPhysics.Cassell，London（1901）；[9]Harman，P.M.TheNaturalPhilosophyofJamesClerkMaxwell.CambridgeUniversityPress，Cambridge（1998）。到2000年，麥克斯韋已去世120多年了，而全世界所出版的研究他的專著平均只有每13年l部！這個數(shù)字遠不及牛頓或者愛因斯坦的幾分之一，甚至是幾十分之一。麥克斯韋的科學(xué)代表著作之一——《ATreatiseonElectricityandMagnetism》——出版于1873年，但其中譯本首次問世則是在1994年（麥克斯韋著，戈革譯.電磁通論.武漢：武漢出版社，1994.）?？梢姡?20余年過去了，麥克斯韋的原著才姍姍來遲地翻譯成中譯本！在研究麥克斯韋的外國專著中，最具原創(chuàng)性和權(quán)威性的著作當(dāng)首推劉易斯·坎貝爾和加內(nèi)特的合著（見上列舉的文獻[1]），因為劉易斯·坎貝爾和加內(nèi)特分別是麥克斯韋的同學(xué)和同事。令人十分遺憾的是，這部著作至今還沒有中譯本。目前能見到的研究麥克斯韋的專著中譯本只有兩本，它們分別是：J.J.湯姆孫等人合編的《詹姆斯·克拉克·麥克斯韋紀念集》（見上列舉的文獻[2]，J.J.湯姆孫等編，周夢磨譯.詹姆斯·克拉克·麥克斯韋紀念集.商務(wù)印書館，1936.），埃弗里特著的《麥克斯韋》（見上列舉的文獻[4]，埃弗里特著：瞿國凱譯.麥克斯韋.上海：上海翻譯出版公司，1987.）。進入21世紀后，我國出版界才推出了第一部專門研究麥克斯韋的著作（周兆平著.麥克斯韋.合肥：安徽人民出版社，2001）。由此可見，對麥克斯韋的研究與宣傳工作仍任重而道遠。本書是在21世紀后問世的、研究麥克斯韋的一部新力作，“這不僅是一部引人入勝的麥克斯韋的傳記，而且還解釋了麥克斯韋的工作為什么是現(xiàn)代世界的基礎(chǔ)?！边@本書“優(yōu)美清晰，可讀性極強”。即使對任何一位現(xiàn)代的大科學(xué)家來說，這本書“既很有趣又值得一讀”。譯者還認為，本書作者在充分吸收了前人的研究成果的基礎(chǔ)上，又進行了獨到地闡釋，使本書翔實而又細致、系統(tǒng)地敘述了麥克斯韋光輝的一生，使讀者讀起來感到真實、親切、感人。例如，作者在描述麥克斯韋的父子情、師生情和夫妻情段落當(dāng)中，真實、親切、感人之處無不流露在字里行間。自1990年至今，譯者一直跟隨華中科技大學(xué)楊建鄴教授學(xué)習(xí)并研究物理學(xué)史，并把研究重點放在量子力學(xué)史上，曾重點研究過玻爾、海森伯和狄拉克等重要的物理學(xué)家。2009年，我們有幸合作翻譯出《狄拉克：科學(xué)和人生》，并由湖南科學(xué)技術(shù)出版社出版。之后，湖南科學(xué)技術(shù)出版社又把本書的翻譯工作交付給我，這使我既感到榮幸，又感到了挑戰(zhàn)，因為，我還沒有重點研究過麥克斯韋！不過，對于這樣一位偉大的物理學(xué)家的研究，遠非我一人能勝任！于是，我只有邊研究，邊翻譯了。在歷時一年多翻譯過程中，我得到楊建鄴教授和他大哥楊建軍博士的指教，使我克服了許多翻譯上的困難。作為一位大學(xué)物理學(xué)教育工作者，要想翻譯好麥克斯韋所寫的詩歌，其困難是可想而知的。我直接援引了童元方對麥克斯韋寫給妻子的一首情詩的翻譯（見本書79-80頁）。除此之外，其余的詩歌翻譯均得到武漢體育學(xué)院外語教師羅先良的修改。在此，我要對以上導(dǎo)師和同志表示特別的感謝和誠摯的敬意。今年8月，我女兒考入新加坡一所學(xué)院學(xué)習(xí)鋼琴專業(yè)，我和妻子一起赴新加坡送她入學(xué)。這不禁使我想起，本書中所描寫的麥克斯韋父親送麥克斯韋入學(xué)劍橋大學(xué)、以及麥克斯韋在劍橋求學(xué)的感人故事。當(dāng)然，我們及女兒自然不能和麥克斯韋父子相提并論，但作為女兒的父母親，我們當(dāng)然希望她會有一個光明的未來！本書的翻譯，不足與錯誤在所難免，歡迎廣大讀者批評指正！肖明于武漢市紫陽湖二0一0年九月

媒體關(guān)注與評論

“……馬洪寫了一部關(guān)于麥克斯書科學(xué)與遺產(chǎn)方面的第一流的書籍。”　　——《新科學(xué)家》“麥克斯韋標志著一個科學(xué)時代的終結(jié)和另一個科學(xué)時代的開始。”　　——愛因斯坦“這不僅是一部引人入勝的麥克斯韋的傳記，而且還解釋了麥克斯韋的工作為什么是現(xiàn)代世界的基礎(chǔ)?！薄　　蹲匀弧贰啊瓋?yōu)美清晰，可讀性強……即使是對任何一位現(xiàn)代的大科學(xué)家來說，這本書也很有趣也很值得一讀。”　　——《好書指南》

編輯推薦

《麥克斯韋:改變一切的人》是在21世紀后問世的、研究麥克斯韋的一部新力作。這不僅是一部引人入勝的麥克斯韋的傳記，而且還解釋了麥克斯韋的工作為什么是現(xiàn)代世界的基礎(chǔ)。這本書優(yōu)美清晰，可讀性極強。即使對任何一位現(xiàn)代的大科學(xué)家來說，這本書“既很有趣又值得一讀”。

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