麥克斯韋：用數學公式改變世界的物理學家
麥克斯韋對物理學做出了“自牛頓時代以來的一次最深刻、最富有成效的變革”。
——愛因斯坦，在麥克斯韋百年誕辰的紀念會上的評價
▲詹姆斯·克拉克·麥克斯韋
前言
1879年11月5日，對二十世紀影響最大的英國理論物理學家麥克斯韋，因為胃癌過早的結束了光輝的生涯，終年48歲。他是從牛頓到愛因斯坦這階段中最偉大的物理學家。
在科學史上，橫跨物理、數學兩界的牛頓爵爺，把天和地的運動規律統一起來，實現了第一次大綜合；而麥克斯韋把電、磁和光統一起來，完成了第二次大綜合，也因此與牛頓齊名。
他的電磁學經典《論電和磁》，可與牛頓的力學經典《自然哲學的數學原理》、達爾文的生物學經典《物種起源》相提并論。
和很多科學家一樣，麥克斯韋也是天才。他16歲就進入蘇格蘭最高學府愛丁堡大學，成為班里年紀最小的學生。隨后，他僅用三年時間完成了四年的學業，在和牛頓一樣的年紀，走進了牛頓學習的地方——劍橋大學三一學院。然而，就是這樣一位科學奇才卻被評為“最被普通大眾低估的物理學家”。
▲麥克斯韋
麥克斯韋48年的人生是如何渡過的，他為何又會被低估？
第一，打破理論家通病的天才“捉妖師”
在科學界，一直有四大兇獸的說法，分別是：芝諾的烏龜、拉普拉斯獸、薛定諤的貓和麥克斯韋妖。 “麥克斯韋妖”是他通過一個假想實驗發現的。
當時科學家們都在尋找一種能夠讓熱從低溫物體傳向高溫物體，又不產生其他影響的第二類永動機。可隨著熱力學第二定律的誕生，終于判定了第二類永動機的死刑，是不可能實現的。
可麥克斯韋卻不信這個邪。終于，他發現了一只被學界稱為“麥克斯韋妖”的能量控制機制。這只妖精可以說是神通廣大，完成了低溫到高溫的轉變，意外地打開了定律無法解釋的生命世界的大門。
▲麥克斯韋妖，麥克斯韋為詰難熱力學第二定律而進行的思想實驗
一個研究電磁學的物理學家怎么還和熱力學搭上了呢。原來，熱力學第二定律的基礎就是統計力學，而麥克斯韋正是統計力學的創始人本尊。他抓住的另一只完美妖精就更厲害了，放之四海而皆準，也成就了他的后世榮光。那就是“麥克斯韋方程組”。
他用一套數學公式推算出了電、磁、光的關系，預言了電磁波的存在，這才有了后世的電燈電話、手機網絡等信息時代。
▲麥克斯韋方程組
可以說，愛因斯坦的廣義“相對論”這枚雞蛋就是從麥克斯韋的方程組這只母雞肚子里掏出來的。所以，算起來，愛因斯坦還是麥克斯韋的隔世弟子。
此外，麥克斯韋還有一個特點，就是非常重視實驗。他一手創建了卡文迪許實驗室，為后世確立了實驗科學精神。
這個實驗室可以說是諾貝爾獎聚集地，像發現電子的湯姆遜、提出原子行星結構的盧瑟福、DNA雙螺旋結構的發現者克里克等。他們讓劍橋大學搶占了當代物理學研究的核心地位。
▲卡文迪許實驗室
第二，對科研和感情同樣專一的“御姐控”
“專一”可以說是麥克斯韋的一大性格特點，無論是科研還是感情。
他可以為了一個承諾，在生命最后幾年時間里，專注于整理性情怪僻的卡文迪許留下的手稿。要想理清這位第一個計算地球質量的物理學家的資料，是一件細致又困難的工作。于是，麥克斯韋放棄了自己的研究，耗盡了精力。
同樣，對于妻子，他也付出了所有的感情和努力。就像用散文來調劑大腦的愛因斯坦一樣，麥克斯韋也有自己的文學愛好，那就是寫情詩。“你和我將長相廝守/在生機盎然的春潮里……”這是他在追求妻子凱瑟琳時寫的詩句。
在麥克斯韋狹窄的實驗室里，妻子也常常做他的助手，參與實驗。他們就像一起獲得諾貝爾獎的居里夫婦一樣，成為一對讓人稱羨的“神雕俠侶”。于是，就在妻子久病不愈的時候，麥克斯韋可以做到三個星期不上床睡覺，就為了照顧生病的妻子。
▲1869年麥克斯韋夫婦的合影
第三，偉大到有點變態的“屠貓狂魔”
“他就是個變態。他的同學給他起了一個綽號，叫屠貓狂魔。”這是轉到劍橋大學三一學院的麥克斯韋留給擁有三十年資質的宿管阿姨的印象。
原來，三一學院有這樣一個傳統：把貓扔出窗外。可他又把這一傳統極致化了，發明了花式扔貓法，目的就是為了研究貓如何在極短的時間內調整身體平衡。
最后，麥克斯韋的“墜貓難題”還真被寫成了一篇“墜貓現象的動力學說明”的論文，甚至被美國航空航天局用來模擬宇航員的太空運動方法，對人類的太空探索做出貢獻。
▲貓和宇航員動作對比實驗
確實，麥克斯韋的“變態”有些曲高和寡，畢竟天才的腦子可不是一般人能理解的，對于他的偉大也一樣。
在他的理論還沒有被證實的年代，他的多年研究成果、他的極力宣傳都無人問津。甚至在他去世的最后一年，帶病講座，可聽眾只有兩個人。
歷史上有許多偉人都是這樣的結局，像一生披著“低俗作家”名聲的莎士比亞、“二流寫手”的毛姆等。
【參考資料】《中國大百科全書》《詹姆斯·克拉克·麥克斯韋》
