作者jfsu (水精靈)
看板Gossiping
標題Re: [問卦] 電磁學對人類比較重要還是相對論?
時間Tue Aug 25 14:30:58 2015
※ 引述《there801021 (老衲)》之銘言:
: 電磁學理論到Maxwell就發展得差不多了
: 目前都在作應用
: 相對論從愛因斯坦之後,好像沒聽到什麼消息
: 可是每次聽到有人說相對論的內容,都覺得超屌
: 那麼,到底是電磁學對人類比較重要
: 還是相對論比較重要呢?
: 有相關的八卦嗎? 感謝
在談論重要性之前,我們先來談談Maxwell,畢竟非專業的鄉民可能會誤以為他是個
賣咖啡的人。
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、存入皇家研究院
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。
在進入愛丁堡中學就讀時,才華洋溢的他,在一次全校的數學和英詩比賽中都取得了
第一名。一時之間,大家都對這位來自鄉下的神童另眼相看。
1845年,他寫了他人生中第一篇數學論文來解釋卵形曲線 (Oval Curve) 與多焦點曲線,
並於隔年發表於愛丁堡皇家學會會刊,展現了他驚人的數學天賦。
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
『馬氏公式』!」
下課後,這位老師再仔細一算,糟糕,糗大了,馬克士威竟然是對的。
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,
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。
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:「到底是誰來啦?又是來查水表的嗎?」
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。他那種洶湧澎湃的撞擊力,就好像雄鱒魚
體內的精子一樣,成千上萬,盈盈不絕啊!
但是...現在老了,只剩下一張嘴而已…。
法拉第一把抱住眼前的人:「感謝上帝!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,這位電學大師滿意地離開了人世。
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。」
馬克士威爾笑著點點頭。
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法國,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;
1785,庫倫定律;
1800,伏打電池;
1820,厄斯特發現電變磁;安培定律。
1831,法拉第發現電磁感應;
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)
1887,赫茲 證實電磁波的存在。
1901,馬可尼傳送無線電報橫跨大西洋;
對照中國:1900年庚子拳亂、八國聯軍
正如牛頓在伽利略等人的研究基礎上創立了經典力學體系一樣,馬克士威總結法拉第等人
的科學成果,建立了一套完整的電磁理論體系。他用深厚的數學基礎與敏銳的觀察力,根
據法拉第的實驗結果,以「場」來取代假想的「力線」,將其延伸以邏輯的方式表現在數
學推論中,推導出電磁波的速度並精確預言光就是電磁波的結論。
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。公式的來由,可以說是與前述電磁學的
歷史發展平行!
以上
改編:
科學發明演義(下)(數理化通俗演義)
參考:
科學五千年(六)
馬克斯威爾和他的惡魔
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