網(wǎng)上對麥克斯韋的成就,有一個(gè)非常有趣的說法:
牛頓蓋了一座房子,人類可以遮風(fēng)避雨了,麥克斯韋看了看,覺得生活不太方便,順手就把電線接進(jìn)來了,于是“樓上樓下,電燈電話”,我們的小日子就過起來了,后來愛因斯坦普朗克玻爾發(fā)現(xiàn)地基不牢固,就把地基給挖了,不過電線還留著呢啊。
如果在物理學(xué)界,細(xì)數(shù)天才的話,作為經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)的創(chuàng)始人,統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的奠基人之一,麥克斯韋一定榜上有名。
麥克斯韋
麥克斯韋研究的領(lǐng)域非常多,電磁理論,分子物理學(xué)、統(tǒng)計(jì)物理學(xué)、光學(xué)、力學(xué)等都有所建樹。在他的學(xué)術(shù)領(lǐng)域匯總,最為突出的貢獻(xiàn),就是他建立的電磁場理論。
其實(shí)最開始,麥克斯韋研究的是光的色散。是在威廉·湯姆遜(1822-1892)的建議下,開始了電磁學(xué)的研究。
在研究的過程中,他被法拉第《電學(xué)實(shí)驗(yàn)研究》中的實(shí)驗(yàn)和見解深深所吸引。盡管當(dāng)時(shí)法拉第的理論,提出了“力線”和“場”的思想,但是并不為當(dāng)時(shí)的物理學(xué)家所接受。然而麥克斯韋在進(jìn)行深入的分析后,堅(jiān)信在法拉第的說法中,一定蘊(yùn)含著真理。并投入了極大的熱情,進(jìn)行研究。
法拉第
并在1856年,發(fā)表了電磁場理論方面的第一篇論文《論法拉第力線》。這篇文章將法拉第的見解進(jìn)行了數(shù)學(xué)化,嘗試給出了電場和電磁理論。
法拉第在讀完這篇論文后,激動(dòng)的說道:
“當(dāng)我看到了數(shù)學(xué)在解釋這個(gè)問題時(shí)的這種威力時(shí)……一開始我甚至感到驚駭。但后來,看到問題競?cè)绱顺錾亟?jīng)受住了這一切時(shí),我又感驚異。”
1860年,麥克斯韋拜訪當(dāng)時(shí)是已是倫敦皇家學(xué)院院長的法拉第,雖然在兩人的年歲相差甚遠(yuǎn),倆人卻一見如故,惺惺相惜。
麥克斯韋在法拉第激動(dòng)地鼓舞下,經(jīng)過兩年的埋頭研究,于1862年,在英國著名的《哲學(xué)雜志》上發(fā)表了自己的第二篇電學(xué)論文《論物理力線》,提出了“渦旋電場”和“位移電流”的概念。
年少時(shí)期的麥克斯韋
1865年,麥克斯韋在《哲學(xué)雜志》發(fā)表了他的第三篇論文《電磁場的動(dòng)力學(xué)理論》,提出了一共包含20個(gè)變量的20個(gè)方程式,即著名的麥克斯韋方程,并直接的預(yù)言了電磁波的存在:
“我提出的這個(gè)學(xué)說可以稱為電磁場理論,因?yàn)樗P(guān)系到帶電體或磁體周圍的空間。它可以稱為動(dòng)力學(xué)理論,因?yàn)樗俣ㄔ谀莻€(gè)空間存在著運(yùn)動(dòng)的物質(zhì),在這些物質(zhì)中理應(yīng)產(chǎn)生可觀測到的電磁現(xiàn)象”
而這個(gè)預(yù)言在1888年,在著名的德國數(shù)學(xué)家赫茲的實(shí)驗(yàn)中,得到了驗(yàn)證。
赫茲
同年,麥克斯韋辭去皇家學(xué)院的教席,開始潛心寫作,并終于在1873年出版了巨著
《電磁學(xué)通論》。
這部經(jīng)典著作里,麥克斯韋以他特有的數(shù)學(xué)語言,建立了電磁學(xué)的微分方程組,把電荷、電流、電場和磁場間的普遍聯(lián)系完全統(tǒng)一起來,這個(gè)電磁學(xué)方程,就是后來以他的名字著稱的“麥克斯韋方程”。而這本巨著,也成為電磁學(xué)的經(jīng)典理論著作。
在《電磁學(xué)通論》中,電磁場、電磁波、光的電磁說都具有了嚴(yán)密的理論形態(tài)與數(shù)學(xué)模型,使電磁學(xué)發(fā)展到了高峰。
毫無疑問,麥克斯韋電磁場的建立和理論,是19世紀(jì)最重大的事件之一,也是是科學(xué)史上最偉大的綜合之一。
據(jù)說,愛因斯坦的書房里掛著三個(gè)人的肖像:牛頓、法拉第和麥克斯韋。而愛因斯坦在1931年紀(jì)念麥克斯韋100周年誕辰的文集中寫道:
“自從牛頓奠定理論物理學(xué)的基礎(chǔ)以來,物理學(xué)公理基礎(chǔ)最偉大的變革是由法拉第和麥克斯韋在電磁現(xiàn)象方面的工作所引起的。”
“這偉大的變革是同法拉第、麥克斯韋和赫茲的名字永遠(yuǎn)聯(lián)系在一起的。而這變革中的極大部分來自麥克斯韋。”
這足以證明,麥克斯韋的地位。
事實(shí)上,麥克斯韋的成就,不僅僅是他的天賦,在《麥克斯韋傳》中,也提到了很重要的一點(diǎn):每一個(gè)成功,都有它的必然性,不僅是和天賦有關(guān),和他背后的家庭教育,也緊密相連。
麥克斯韋有過非常快樂的童年,即使是處在好奇心旺盛,愛到處亂跑的日子,家里的大人也對他的行為非常包容。
比如麥克斯韋三歲的時(shí)候,因?yàn)樵陔u舍的屋檐看小雞仔而忘了回家的時(shí)間,一直等到他的爸爸和仆人找過來。
他還高興地告訴爸爸:“我想看看小雞仔能不能和這只小鳥一樣會(huì)飛,一樣會(huì)點(diǎn)頭。”他的爸爸是一個(gè)思想開放、講究實(shí)際的人,聽見麥克斯韋的話非但沒有生氣,反而因?yàn)樗纳朴谟^察和樂于思考,暗暗高興。
當(dāng)麥克斯韋看到肥皂泡,在陽光下呈現(xiàn)出五顏六色的樣子,非常興奮,追著姨媽問到底是怎么回事,姨媽答不上來。倒是爸爸驚喜于麥克斯韋對自然的興趣,開始帶著他,去聽愛丁堡皇家學(xué)會(huì)的科學(xué)講座。
再比如利用圣誕節(jié),爸爸扮成圣誕老人,說麥克斯韋說謊的問題。平時(shí)散步,對于周圍事物的思考,對圖形的認(rèn)知等,麥克斯韋的每一個(gè)細(xì)微的變化,小小的進(jìn)步都得到父母極大的鼓勵(lì)。
其實(shí)從教育的角度來講,麥克斯韋的童年是一個(gè)非常值得借鑒的例子。原生家庭對麥克斯韋好奇心的保護(hù),支持以及鼓舞,對麥克斯韋造成了很大的影響,讓麥克斯韋堅(jiān)定了自己熱愛科學(xué)的心。
而當(dāng)我們的孩子,在日常生活中,也經(jīng)常會(huì)向家長提出各種稀奇古怪的問題,比如:
平衡車為什么能保持平衡?
掃地機(jī)器人是怎么工作的?
冰箱是怎么運(yùn)作的?
如果對機(jī)械類知識(shí)不是很懂的家長,很容易一問三不知,甚至還可能覺得孩子問的問題“亂七八糟”,以至于打壓了孩子的好奇心。
這一套《萬物的工作原理》,其實(shí)是專門滿足孩子們好奇心的書,書里把各種原理知識(shí),掰開了揉碎了,給孩子詳細(xì)的講解。
團(tuán)購信息
文中對科技運(yùn)用的講解,是書中的一大亮點(diǎn):
3D打印的過程及原理▼
懸浮摩托車運(yùn)用的懸浮原理▼
無人駕駛汽車的工作依據(jù)▼
平板電腦中的微米奇跡▼
自動(dòng)取款機(jī)能做到準(zhǔn)確無誤原因▼
這些科學(xué)應(yīng)用其實(shí)在生活中非常常見,但又不能讓孩子上手拆卸。
這套書的講解,就從生活現(xiàn)象,講到相關(guān)的科學(xué)原理,再到實(shí)際應(yīng)用,最后講解科學(xué)技術(shù)產(chǎn)生的背景知識(shí),給了孩子們詳盡又系統(tǒng)的解釋,充分滿足孩子的好奇心。
甚至還有未來新生事物的的工作原理:
▼隱形衣是如何運(yùn)用隱形原理的?
▼那些看起來很神奇的仿生手足,為什么還會(huì)動(dòng)?
▼模仿鯊魚的皮膚,我們能做出超級盔甲嗎?
▼魚類還能幫人們更好地利用風(fēng)力?
孩子們提前看到學(xué)到這些前沿科學(xué)知識(shí),對孩子眼界和思維,都會(huì)有很大提升。
全彩印刷,精裝大版本
美國國家地理學(xué)會(huì)的書籍,一向以科學(xué)價(jià)值、美學(xué)價(jià)值、收藏價(jià)值完美結(jié)合而著稱。