詹姆斯·克拉克·麦克斯韦

英国物理学家、数学家

詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（James Clerk Maxwell，1831年6月13日—1879年11月5日），出生于英国苏格兰爱丁堡，物理学家、数学家，经典电动力学创始人，统计物理学奠基人之一，英国皇家学会院士，生前是英国剑桥大学卡文迪许实验室主任。

人物生平

1831年6月13日，詹姆斯·克拉克·麦克斯韦出生于英国苏格兰爱丁堡，

1846年，向爱丁堡皇家学院递交了一份科研论文。

1847年，16岁中学毕业，进入爱丁堡大学学习，专攻数学、物理，在学习之余他仍然写诗，在此期间受到物理学家和登山家福布斯、逻辑学和形而上学教授哈密顿的影响。

1850年，征得了父亲的同意后离开爱丁堡大学，转入剑桥大学三一学院数学系学习。

1854年，以第二名的成绩获得史密斯奖学金，毕业留校任职两年。

1856年4月30日，被任命为苏格兰阿伯丁的马里沙尔学院自然哲学讲座教授。

1860年，到伦敦国王学院任自然哲学和天文学教授。

1861年，当选为英国皇家学会院士。

1865年春，辞去教职回到家乡系统地总结他关于电磁学的研究成果，完成了电磁场理论著作《论电和磁》，并于1873年出版。

1871年，受聘为剑桥大学新设立的卡文迪许试验物理学教授，负责筹建卡文迪许实验室。

1874年，担任卡文迪许实验室的第一任主任。

1879年11月5日，因病在剑桥逝世，年仅48岁，葬于苏格兰西南部罗门湖(Loch Ken) 附近的一座教堂中。

主要成就

科研成就

詹姆斯·克拉克·麦克斯韦建立的电磁场理论，将电学、磁学、光学统一起来。在热力学与统计物理学方面，他是气体动理论的创始人之一。1859年他首次用统计规律得出麦克斯韦速度分布律，从而找到了由微观量求统计平均值的更确切的途径。1866年他给出了分子按速度的分布函数的新推导方法，这种方法是以分析正向和反向碰撞为基础的。他引入了弛豫时间的概念，发展了一般形式的输运理论，并把它应用于扩散、热传导和气体内摩擦过程。1867年引入了“统计力学”这个术语。

詹姆斯·克拉克·麦克斯韦大约于1855年开始研究电磁学，他在前人成就的基础上对整个电磁现象作了系统、全面的研究，接连发表了电磁场理论的三篇论文：《论法拉第的力线》（1855年12月至1856年2月）、《论物理的力线》（1861至1862年）、《电磁场的动力学理论》（1864年12月8日）。对前人和他自己的工作进行了综合概括，将电磁场理论用简洁、对称、完美的数学形式表达了出来，经后人整理和改写，成为经典电动力学主要基础的麦克斯韦方程组。根据他的方程可以证明出电磁场的周期振荡的存在。这种振荡叫电磁波，一旦发出就会通过空间向外传播。根据方程可以表达出电磁波的速度接近300000公里（186000英里）/秒，他认识到这同所测到的光速是一样的。由此他得出光本身是由电磁波构成的这一正确结论。因此，麦克斯韦方程不仅是电磁学的基本定律，也是光学的基本定律。

1865年，詹姆斯·克拉克·麦克斯韦预言了电磁波的存在，电磁波只可能是横波，并推导出电磁波的传播速度等于光速，同时得出结论：光是电磁波的一种形式，揭示了光现象和电磁现象之间的联系。1888年德国物理学家海因里希·鲁道夫·赫兹用实验验证了电磁波的存在。之后伽格利耶尔摩·马可尼证明这些不可见光波可以用于无线电通讯，无线电随之问世。

詹姆斯·克拉克·麦克斯韦认识到并非所有的气体分子都按同一速度运动。有些分子运动慢，有些分子运动快，有些以极高速度运动。他推导出了求已知气体中的分子按某一速度运动的百分比公式，这个公式叫做“麦克斯韦分布式”。

1853年，詹姆斯·克拉克·麦克斯韦推广用偏振光测量应力的方法；1864年，提出结构力学中桁架内力的图解法，指出桁架形状和内力图是一对互易图，并提出求解静不定桁架位移的单位载荷法。1868年，对粘弹性材料提出一种模型（后称麦克斯韦模型），并引进松弛时间的概念；同年，在《论调节器》中分析了蒸汽机自动调速器和钟表机构的运动稳定性问题。1870年，将G.R.艾里提出的弹性力学中的应力函数由二维推广到三维，并指出它应满足双调和方程。1873年，给出荷电系统中引力和斥力引起的应力场。

1855年，詹姆斯·克拉克·麦克斯韦发表了第一篇关于电磁学的论文《论法拉第的力线》。

1863年，《论电学量的基本关系》推广傅立叶在热的理论中开始的程序，宣布了同质量、长度、时间度有关的电学量和磁学量的定义，以便于提供对那种二元的电学单位制的第一个最完整透彻的说明。他引入了成为标准的记号，把量纲关系表示为用括弧括起来的质量、长度、时间量度的幂的乘积，带有各自的无量纲的乘数。在这一年，麦克斯韦已经找到了在电磁量与光速之间的一个纯唯象性质的环节。

1865年，《电磁场的动力学理论》为解决与光速之间的纯唯象问题提供了一个新的理论框架。它以实验和几个普遍的动力学原理为根据，证明了不需要任何有关分子涡旋或电粒子之间的力的专门假设，电磁波在空间的传播就会发生。在这篇论文中完善了他的方程式。他采用拉格朗日和哈密顿创立的数学方法，由该方程组直接导出了电场和磁场的波动方程，其波动的传播速度为一个介电系数和导磁系数的几何平均的倒数，这一速度正当等于光速。这一结果又再一次与麦克斯韦推算结果完全一致。至此电磁波的存在确定无疑。由此，麦克斯韦大胆的断定，光也是一种电磁波。。

1873年，《电磁学通论》麦克斯韦比以前更为彻底地应用了拉格朗日的方程，推广了动力学的形式体系。

人才培养

根据2023年7月数学谱系项目网站数据，詹姆斯·克拉克·麦克斯韦在剑桥大学先后指导乔治·克里斯托（George Chrystal）、贺拉斯·兰姆（Horace Lamb）2名学生。

荣誉表彰

个人生活

詹姆斯·克拉克·麦克斯韦在阿伯丁工作期间，认识了马沙尔学院院长的女儿凯瑟琳·玛丽·迪尤尔（Katherine Mary Dewar），凯瑟琳年长他七岁，身材比他略高。1858年7月4日两人正式结婚，婚礼在阿伯丁举行。

人物评价

天文学和热力学虽然麦克斯韦成名主要是在于他对电磁学和光学做出的巨大贡献，但是他对许多其它学科也做出了重要的贡献，其中包括天文学和热力学。他的特殊兴趣之一是气体运动学。

物理学史上认为牛顿的经典力学打开了机械时代的大门，而麦克斯韦电磁学理论则为电气时代奠定了基石。

麦克斯韦被普遍认为是对物理学最有影响力的物理学家之一。

后世纪念

2016年6月17日，为了纪念物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦，美国航空航天局（NASA）将一款机翼独特的混合动力小型飞机命名为X-57 Maxwell。