Maxwell, James Clerk


 
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Maxwell(1831∼1879)生於愛丁堡,卒於劍橋,英國物理與數學家。十九世紀最偉大的物理學家,在物理史上足堪與牛頓、愛因斯坦齊名。

Maxwell 在蘇格蘭的鄉間長大,8歲母親即因癌症過世,與父親關係融洽密切。他10歲進入 Edinbough Academy 就讀,認識終生的好友化學家 Tate(他是結表的製作人)。

十四歲時,Maxwell 就在愛丁堡皇家學會發表了他第一篇數學論文討論卵形線 (oval) 與多焦點曲線,展現了他驚人的數學天賦。

1847年,Maxwell(與 Tate)進入愛丁堡大學就讀,他持續發表數學與物理的論文,並廣泛閱讀 Cauchy、Fourier、Monge、Newton、Poisson、Taylor 的著作。 1850年他進入劍橋大學三一學院 (Trinity College),據他的數學老師 Hopkins 說 Maxwell 是他在劍橋見過的資賦優異生(包括 Tate、Stokes、Thomsom、Cayley)中的最優異者。

1854年 Maxwell 畢業獲選為三一學院的 fellow,1856年因父親生病,他申請回蘇格蘭 Marischal 學院任教。在這裡,他完成他著名的土星環研究並因此獲得 Adams 獎。他預測,如果土星環要穩定則它必然是由許多微小固體所構成,這個預測要等到廿世紀末 Voyager 太空船到達土星才證實。另外,在這段期間,他也完成他著名的色彩理論。

1859年,聲望如日中天的 Maxwell 申請愛丁堡大學教職,卻敗於好友 Tate 之手,1860年他受聘為倫敦國王學院 (King's College) 的自然哲學與天文教授,開始他學術上豐碩的六年:

(1)1864年,在〈Dynamical Theory of The Electric Field〉中,Maxwell 提出描述電磁場之 Maxwell 方程,用四個偏微分方程

\begin{displaymath}
\left\{
\begin{array}{lll}
\mbox{curl}\, H&=&\frac{1}{c}\fra...
...epsilon E)&=&\rho \\
\mbox{div}(\mu H)&=&0
\end{array}\right.
\end{displaymath}

概括一切電磁現象,事實上他由此計算出電磁波傳遞的速度等同於光速,因此斷言光是一種電磁波。這個發現,是愛因斯坦思考狹義相對論的重要背景。另外,23年後,Hertz 在實驗室中證實 Maxwell 的預測造出無線電波,開啟了廿世紀這個無線電時代。
(2)在〈Illustrations of Dynamical Theory of Gases〉中他開始發展現代氣體動力論的想法,用微觀分子的統計行為解釋宏觀的氣體性質。1866年他與 Boltzmann 獨立地獲得所謂的 Maxwell-Boltzmann 分布定律。 後來他考慮熱力學的統計解釋,導致有名的「Maxwell 精靈」詭論,並啟發後世關於熵與訊息的關聯。
1865年,Maxwell 辭去了國王學院的教職,1871年才又接受劍橋大學聘任為物理系的 Cavendish 教授。Maxwell 是一個對實驗相當在行的物理學家,在國王學院期間他曾經督導測量電磁單位的實驗工作,在劍橋他受命設計並監督知名的 Cavendish 實驗室的建造。

1879年他的健康逐漸惡化,11月卒於劍橋,葬於英格蘭。

1931年在 Maxwell 百年冥誕的紀念會上,愛因斯坦闡明 Maxwell 工作的重要性:

「……(他的工作)是自牛頓以來,物理學上影響最深遠與豐碩的工作。」

本文參考資料:(1) 大英百科全書; (2) MacTutor 數學史檔案網站 ;(3)《Dictionary of Scientist》,Oxford University Press。

 
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(撰稿:翁秉仁/台大數學系)

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編輯:李渭天 最後修改日期:6/7/2002