他继承600万平米庄园,却醉心科研,最终改变世界(图)

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今天是 6 月 13 日,看起来平淡无奇。

但在 188 年前的今天,是一个伟人的诞辰。

他就是著名的数学物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦。



大学里学物理的小伙伴们,想必都非常熟悉他。

他最出名的杰作就是 「 麦克斯韦方程组 」 ,被许多物理学家评价为 「 最优美的方程 」。

不少科学爱好者,甚至直接把他穿到身上。



或者纹在身上。



这样一个人,注定是要被历史铭记的。

1831 年 6 月 13 日,爱丁堡印度街 14 号,麦克斯韦出生了。

从小他的家境就很殷实,父亲约翰·克拉克·麦克斯韦是一位辩护律师,来自克拉克家族,他的伯父乔治·克拉克是一位准男爵,简单地说是位贵族。

本来他们家不姓 「 麦克斯韦 」,只不过他的老爸继承了曾祖母背后的麦克斯韦家族的地产以后,才把 「 麦克斯韦 」 加入到了姓氏里。

我们常常用到一个形容词 「 非富即贵 」,而麦克斯韦的家庭就是又富又贵。。。

只不过那时候两家人哪想得到,「 麦克斯韦 」 会因为小詹姆斯而名垂青史。

现在,爱丁堡印度街 14 号已经变成了麦克斯韦基金会的地址了。



麦克斯韦在这儿没住多久,就和家人搬去了继承来的,占地 610 公顷的庄园。 ( 嗯。。。大约 600 多万平方米 )

从小麦克斯韦就对这个世界很好奇( 巧了,差评君也是 ),从小由母亲做教育,在他 8 岁时母亲离世后,父亲请了一位家教,但这位家教竟然骂小麦克斯韦迟钝。。。

他的父亲辞退家教以后认真考虑了一下,决定在孩子 10 岁的时候送他去名校 —— 爱丁堡公学。



与其说麦克斯韦从小爱学习,不如说他更爱探索,而且兴趣往往涉及学校要求之外。

这就导致他没咋关注成绩,但在 14 岁时就写了一篇关于几何学的论文 《 卵形线 》 ,主要讨论用一根线绳绘制曲线的方法。



结果他当时太小了,没有提交个人科学成果的资格,只好由爱丁堡大学教授代为提交给爱丁堡皇家学会。

1847 年,16 岁的麦克斯韦进入了爱丁堡大学,达尔文和柯南道尔也是那儿毕业的。



这时候麦克斯韦作为历史上最伟大的科学家之一的天赋开始展现了 —— 他觉得爱丁堡大学的课程太简单了,于是自学搞起了偏振光的研究。

在 18 岁时,麦克斯韦提交了两篇论文,一篇是物理学方面的 《 论弹性固体的平衡态 》 和几何学论文 《 滚线 》 。

结果。。。可能是当时的制度还是跟不上他的天才,麦克斯韦再次因为年纪太小被认为没有资格,论文由导师代为提交。



到了 1850 年,麦克斯韦从爱丁堡大学毕业,前往剑桥大学。

4 年后,他获得了数学学位,结业考试名列第二,童年获得史密斯奖,以一副学霸姿态毕业,并且发了纯数学论文 《 论曲面的弯曲变换 》 。

之后麦克斯韦先后在马歇尔学院和伦敦国王学院担任自然学教授,也是在这段时间他为科学界做出了极大贡献。

别看他是个数学物理学家,在念中学时寄住姨妈家的他受表姐启发,麦克斯韦还喜欢上了绘画,以至于他对色彩非常有研究,并且在 1885 年他写了一篇论文 《 有关颜色的实验 》。



上图中麦克斯韦拿着他发明的比色盘,可惜当时没有彩色照片,差评君只好给你们单独找个近照⬇️



麦克斯韦对颜色的研究非常深入,之后因为发表《 色觉理论 》 而获得了拉姆福德奖章( 对热学和光学性质做出杰出发现的欧洲学者奖章 ) 。

并且他还提出过,如果通过三种颜色的滤光器拍摄图像再叠加,就能获得彩色照片。。。所以麦克斯韦在一次色彩理论讲座中,展示了世界上第一张叠加合成的彩色照片。



在麦克斯韦执教马歇尔学院时,还解决了一个问题:土星环个是什么玩意儿。

当时人们能通过望远镜看到,但是又没技术水平发射飞行器凑近了看。。。

在各大学者拿不准主意时,麦克斯韦用数学工具算了一卦:如果土星环是固体,那会不稳定;如果是气体,那会裂解。

所以得出结论:土星环是小颗粒组成的。

这个事实在 100 多年后的旅行者计划中被观测并证实。



不仅如此,麦克斯韦还在热力学上提出了一个著名思想实验 「 麦克斯韦妖 」 —— 一个挑战热力学第二定律的假想,以此来提出热力学第二定律可能有一些限制条件。

为了驱逐 「 麦克斯韦妖 」 ,后世科学家们疯狂研究,还促进了信息论的发展。



同时,麦克斯韦还是第一个正式提出 「 统计物理学 」 概念的科学家。

以上这些领域的研究都证明了麦克斯韦是个很厉害的科学家,而他在电磁学上的贡献,却可以让他和牛顿、爱因斯坦等伟大科学家齐名。

在 1855 年时他就开始研究电学和磁学了,并且向剑桥哲学学会提交了 《 论法拉第力线 》 。

之后麦克斯韦做了一件非常著名的事:把当时现有的电与磁研究成果整理为了二十个方程组成的微分方程组。

他在这个基础上,引入了电磁场概念,并且预测了电磁波,还给出电磁波的速度就是光速。

电磁波的发现和应用,对于现在的我们有多重要,差评君就不用再多说了吧?没有对它的研究你现在都没法用手机上网打电话。



而在科学领域,麦克斯韦方程组被称为 「 最美方程组 」的原因很简单:在麦克斯韦之前,电与磁的研究都是零散而复杂的,可麦克斯韦用一套方程组就把这些现象全都总结了一遍。

就好像在牛顿之前,人们对物体的运动认知可能是:

人推箱子会动

人推箱子的力气越大,推得越快

人推箱子的力气越大,推得越远

    。

    。

    。

而到了牛顿这儿,直接一个公式 F = ma 就可以归纳上述所有现象。

在科学上越是看起来简单的定理,越是难以被总结,而它们的呈现形式也越是美丽。

你可以问问身边学物理的朋友们,让他们谈谈麦克斯韦方程组,很少有不赞叹其优雅的。

关于麦克斯韦个人情感生活的记录不多,他和比他大 7 岁的妻子凯瑟琳·玛丽·杜瓦在 1858 年结婚,和他的科学成就比,这方面受到的关注并不大。



麦克斯韦在 34 岁时,辞去了伦敦国王学院的职位,和妻子回到格伦莱尔,顺便还在另一大领域 —— 控制理论上做了些研究,写了 《 论控制装置 》 。

晚年,在 1871 年他成为首任卡文迪许教授,并且监督卡文迪许实验室的发展。

最终麦克斯韦在 1879 年 11 月 5 日在剑桥逝世,死因和他的母亲一样是胃癌,享年 48 岁。



麦克斯韦出生富贵,从小到大一直散发着他在学术领域的天分,而且在各大领域处处开花。

如果说物理学有那么一本 《 圣经 》,那么麦克斯韦方程组肯定会写在封面上。

后世许多人调侃,麦克斯韦方程组优雅得好像上帝借着他的手写给了世人。

对我们普通人来说,看着身边所有和电磁波有关的事物:电话,微波炉,无线电。。。

没有麦克斯韦,可能就没有这些现代科技。

参考资料

1.维基百科「詹姆斯·克拉克·麦克斯韦」 

2.James Clerk Maxwell. IEEE Global History Network. 

3.麦克斯韦到底伟大在何处? - 吴牛喘月的回答 - 知乎 4.Up and Atom 「 Maxwell's Demon | Thermodynamics | Second Law 」 - YouTube 阅读原文

文章来源: 留园 查看原文
https://www.6parknews.com/newspark/view.php?app=news&act=view&nid=361749
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