jfsu (水精靈) 文章收集 系列6 電磁學三大家

作者  jfsu (水精靈)                                          看板  Gossiping
 標題  Re: [問卦] 有沒有電磁學三大家的八卦
 時間  Mon Jan  3 21:33:22 2011
───────────────────────────────────────

: 孟子曰：「君子之所以教者五：有如時雨化之者，有成德者，
: 有達財者，有答問者，有私淑艾者。此五者，君子之所以教也。」
: 這樣算起來主修電子電機的鄉民應該都算這幾家的學生，
: 有人有這幾個作者的八卦嗎?

1832年3月12日，法拉第寫下電磁感應的假設，並封入一個時空膠囊、存入皇家學院的
櫃子內。直到1851年，一位天才打開了它...。

這位天才是誰，背景是電子、電機的鄉民應該都知道：馬克士威爾(James Clerk
Maxwell, 1831.6.13~1879.11.1.5)，英國物理學家。



底下我們續談這位天才的兩三事，撇去多餘的物理理論與數學公式。


1831年6月13日，馬克士威爾出生於蘇格蘭的愛丁堡。九歲那年母親因肺病去世，於是
他與父親(職業為工程師，自小教授馬克士威爾〔幾何〕、〔代數〕)相依為命。
自小聰慧過人的他，十六歲即進入愛丁堡大學(University of Edinburgh)就讀。

一次上課，他突然舉手站起，指著黑板說：

「老師！你推導的一個公式有錯！」

這位大鬍子講師一看，眼前一個毛都沒長齊的傢伙竟然大放噘詞，於他也不客氣地說：

「公式不會有錯，肯定是你算錯了！」

馬克士威爾仍不死心，指出公式中一些不對的地方。

這下子，老師可被激怒了，大吼著：「你對，我跪還你！你錯，我殺了你！」

當然啦，只是上個課，沒必要定生死、博性命嘛，

大鬍子老師於是改口：「馬克士威爾！要是你對了，我就叫它『麥氏公式』！」

下課後，這位老師再仔細一算，果然是馬克士威爾對了，此時的他臉上一陣紅一陣白。

嘖嘖，愛丁堡大學實在容不下他這個天才，三年後，父親又把他轉到劍橋大學
(University of Cambridge)。在他23歲那一年，以數學優等第二名的成績自三一學院
(Trinity College)畢業，取得數學學位。這一年，他在學習法拉第《電學實驗研究》
一書後，立即對電磁生成濃厚興趣。他覺得法拉第的電磁理論有獨到的見解，非常欣賞
法拉第的力線概念。

1855年，他發表了《論法拉第的力線》(On Faraday's Lines of Force)。在這篇論文中
，馬克士威爾以數學形式說明了法拉第的力線思想，並由此推導出庫侖定律和高斯定律。

這篇論文很快地傳到法拉第的手裡。他迫不及待地逐字連標點都掃了個精光。

「好詩～好詩～」，錯了，是「好文～好文～」不經意拿起筆就寫下「推」字。

23年了啊～他足足等了那麼長的一段時間，忍受這種發現的孤獨，現今終於有人理解
他的苦心，不禁老淚縱橫…。法拉第會這麼感動的原因在於，由於他從小失學，未受
正規學校訓練，最缺的就是數學，現在突然有人從數學角度來為他幫忙，真是如虎添翼。

這位陌生人將法拉第充滿力線的場比做一種流體場，可以借助流體力學的成果來解釋；
又把力線概括為一個向量微分方程，可借助數學方法來描述。這篇好論文，是專門闡述
他的發現、他的思想的！

從這一天起他就打聽這位陌生的作者，但是就如這篇突然出現一樣，作者也突然消失，
法拉第只好再度望著天花板歎氣了。

1860年，命運的紅線注定讓他們相會，馬克士威爾到倫敦拜訪法拉第。
這是他們第一次相會。（當時法拉第已經70高齡，而馬克斯威爾才年僅30。）

這天早晨，一對男女自來到一棟宅第前面，恭敬地遞出名片給前來應門的僕人。

原以為又是老朋友前來拜訪，但法拉第疑惑地接過僕人交給他的名片，他扔下拐杖，
連忙自庭院衝到大門前。晨光自對方的背影灑了進來，法拉第的雙手因激動而顫抖不已。
他大喊著：「薩拉！薩拉！他來了！他終於來！」

薩拉，法拉第賢慧溫柔的妻子，她立即意識到幾十年前，在地下室，他先生也曾這樣
嚷嚷著，甚至像高潮般把桌子弄得咚咚響。現在老了，僅剩下一張嘴而已…。

法拉第一把抱住眼前的人：「我等你等得好苦！你終於來了。」

這位男子先是一驚，隨即和氣地說：「你可是法拉第先生？」

「是的，你可以叫我 聖潔的 法拉第。」

「我是寫論文談您的力線的馬克士威爾…。」
「我知道，我都知道…。」法拉第仍是不停地啜泣著，「你身體…力線…也很好…」
「咳～你抱的人是我的妻子，瑪莉。」

當法拉第張開眼睛證實他面前站的另一個人才是馬克士威爾時，他眼裡頓時放出光芒。
馬克士威爾也一下撲上去，兩人緊緊地擁抱在一起。

噹噹噹噹～

法拉第：
only you....
能伴我解電磁...
only you....
懂理論和算數...
only you
能保護我 叫電場和磁場無法擾我....
你本領最大.....就only you...

馬克士威爾：唉…ㄟ

法拉第：
oo..oo..only you.....
別怪師傅滴咕....
拿起筆和紙...
別怕死 別顫抖....
稿費我收 被婊你去...
拼全力為眾生...
犧牲也值得...
喃無..觀世Impreza～


馬克士威爾：法拉第先生，你就別oh~oh~了，我有很多時間！

法拉第擦掉淚水緩緩地說：「但我老了...希望時間還來得及...。」
會這麼說的原因是因為法拉第想到第谷前把自己所有的天文觀測資料贈給克卜勒時，
生命只剩下一年。

「恭祝你福壽與天齊，恭祝你生辰快樂， 年年都有今日，歲歲都有今朝…。」
（repeat x n ）馬克士威爾唱著，

一見如故的他們一起談力線、場、電磁現象和定律，他們堪稱天造地設的一對也不為過！
法拉第和藹，馬克士威爾嚴肅機智；法拉第演講動聽，馬克士威爾不善辭令；法拉第
善於實驗，馬克士威爾精於數學。

1862年，馬克士威爾發表了電磁研究的第二篇論文《論物理力線》(On Physical Lines
of Force)，描述電磁場運動規律的方程。他證明變化的磁場可以生成電場，變化的
電場又可生成磁場，電場與磁場互相轉化，並創造性的提出了『位移電流』的概念，
並預言電磁波的存在，指出電磁波是一種以光速在空間傳播的波，光也是電磁波的一種。
當年牛頓和惠更斯為了光的本質發生一場多麼傷感情的爭吵，直到今天才回到真正的
統一。

1864年，馬克士威爾發表第三篇論文《電磁場的動力學理論》(A dynamical theory of
the electromagnetic field)。在這篇文章中，他運用場論的觀點，建立了一套
有系統的電磁理論。著名的『馬克士威爾方程組』就是在這篇文章中提出的。

法拉第畢竟比第谷是幸運的。他看到自己理論的完善，看到了接班人的業績。
在電磁理論確立後的第三年—1867年，這位電磁學的祖師爺滿意地離開了人世。

1871年，馬克士威爾受聘為劍橋大學物理學教授，同時負責籌建該校第一所物理實驗室
─卡文迪西實驗室，且於1874起擔任第一任主任。

1873年，馬克士威爾出版《電磁學通論》(Treatise on electricity and magnetism)
這是一本集電磁學大成的劃時代著作，建立了一套完整的電磁理論體系，是一部足以和
牛頓1687年出版的《自然哲學的數學原理》與1859年達爾文在進化論上的成果
「物種起源」相媲美的里程碑式的著作。物理學經過186年的艱難攀登，終於又躍上了
第二高峰。

《電磁學通論》第一版幾天之內銷售一空，正所謂洛陽紙貴！換個現代一點的說法是

「賣火了！紐約斷貨！巴黎售空！東京加訂！」

雖然如此，讀懂它的人卻不多。而且在馬克士威宣布他的理論後，一直沒有人能發現並
證明電磁波的存在。此時，馬克士威爾仍在學校開設講座，講解他的電磁理論。
但是他的理論太高深了，曲高和寡，聽講的人越來越少。

1879年，一如往常，他走進寬大的階梯教室，只有前排坐著兩名學生，教室空蕩蕩的。
他問坐在前排的兩名學生：「你們為什麼不走呢？」
（這兩名中有一個就是後來發明了真空管的弗萊明（John Ambrose Fleming，1849－1945）
，英國物理學家和電氣工程師。

弗萊明恭敬地站起來說：「先生的理論太完美和諧了，簡直是一門自然美學，
更是真理。」接著，他頓了下，繼續說：「真理是不能按照掌握並理解它的人數多少來
加以判定。」

另一名：「走了的人他們說，現在還沒有人用實驗找見電磁波，所以也就不相信、
不願聽了。」

馬克士威爾目光如炬，表情嚴肅而莊重，彷彿不是在向這兩名學生而是向世界說著：
「會發現的。理論總是要超前一步的。我相信電磁波的發現不會再等一百多年了！」

他的預言也沒有錯，這時在和英國一海之隔的德國，已經給他準備了一個二十二歲的
接班人…。

1879年11月5日，馬克士威爾因病去世，年僅48歲。

註：如下，電磁學的歷史~

西元前475: 發現磁能吸鐵指南；
1820，厄斯特發現電變磁；
1825，斯特詹發明電磁鐵；
1831，法拉第發現磁變電；
1864，麥克斯韋建立電磁理論； 對照中國：清朝成功鎮壓太平天國
      (西方都快要上太空，中國還在殺豬公)
1888，赫茲 證實電磁波的存在。

馬克士威爾的電磁理論（經赫茲改寫），成為現在理工科的學生都要修的電磁學。
簡單的說來，電磁學核心只有四個部份：庫倫定律、安培定律、法拉第定律與
馬克士威爾方程式，並且順序也一定如此。

很多學生懂得這四組公式，卻不了解它的背景。公式的來由，可以說是與前述電磁學的
歷史發展平行！!


Reference:1.科學五千年(六)。
          2.科學發明演義(下)

以上，希望大家不要再害怕電磁學了，早在提出之時，懂得人也沒幾個，現在大家是
站在他們的肩膀上...。