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2004年畢業(yè)于北京師范大學(xué)物理系，2009年在中國科學(xué)院物理所獲得理學(xué)博士學(xué)位，同年起在中國科學(xué)院物理研究所工作至今。
[水煮物理]之：學(xué)“電磁三俠”、闖物理江湖
羅會(huì)仟
2010年12月13日
把三個(gè)人湊一塊兒總會(huì)發(fā)生一些很神奇的事情，話說“三個(gè)臭皮匠賽過諸葛亮”，又有“三人行必有我?guī)煛钡鹊?。洋人里有“三個(gè)火槍手”，中華則有才子李靖、佳人紅拂和俠者虬髯客并為“風(fēng)塵三俠”，一代傳奇，流芳數(shù)百年。北俠郭靖有云：“俠之大者，為國為民”。而物理學(xué)作為超越國界的基礎(chǔ)自然科學(xué)，其中之大俠則澤蔭全人類甚至跨越時(shí)空乃至影響無窮久遠(yuǎn)。這里我們要說的“電磁三俠”即是：實(shí)驗(yàn)物理大俠法拉第、應(yīng)用物理大俠愛迪生和理論物理大俠麥克斯韋，他們的實(shí)驗(yàn)、發(fā)明和理論深深地影響著人類的生產(chǎn)和生活，直到今天我們?nèi)匀粦阎鵁o限感恩和無比敬仰的眼光去閱讀他們的事跡。
實(shí)驗(yàn)物理大俠法拉第（Michael Faraday，1791～1867）。一個(gè)貧苦的英國鐵匠孩子，最高學(xué)歷為小學(xué)二年級(jí)，憑借自身的勤奮和天才的動(dòng)手能力和思考能力成為著名的物理學(xué)家和化學(xué)家，在電磁感應(yīng)、電磁磁場關(guān)系、苯的發(fā)現(xiàn)和研究等諸多方面用簡單而又精巧的實(shí)驗(yàn)揭示了自然偉大的奧秘。他提出的“力場”概念被物理學(xué)廣泛接受并推廣，至今仍然是物理學(xué)中最為基本也是最為重要的概念。
法拉第的童年時(shí)代是貧窮凄苦的，他隨著父親搬到倫敦，試圖在這個(gè)大城市里尋找生活的希望。九歲的法拉第就已經(jīng)是一個(gè)文具店里的學(xué)徒，十二歲的法拉第是一個(gè)街頭的小報(bào)童，十四歲的法拉第又成為了書店的圖書裝訂工。童工的生涯并沒有讓法拉第消沉，相反，他利用書店的資源博覽群書，對(duì)自然科學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣，尤其是《大英百科全書》里的電學(xué)部分知識(shí)深深吸引著他。他甚至自己動(dòng)手做靜電起電機(jī)等簡單的物理和化學(xué)實(shí)驗(yàn)，組織年輕人成立一個(gè)科學(xué)學(xué)習(xí)小組，互相討論交流思想。十九歲的他開始市參加哲學(xué)學(xué)會(huì)的活動(dòng)并頻繁聽自然哲學(xué)講演。改變法拉第命運(yùn)的是幾次皇家研究所戴維爵士的化學(xué)講演，戴維淵博的知識(shí)和精彩的講演讓他傾倒，他甚至把精心記錄的筆記整理裝訂成一本書冊(cè)名曰《戴維爵士演講錄》，并附上一份自薦信作為圣誕禮物一起寄給了戴維。戴維顯然為如此真誠的粉絲而萬分感動(dòng)，恰巧眼睛因化學(xué)事故受傷的他正需要一名得力助手，于是22歲的法拉第開始給戴維打工。戴維帶著法拉第到歐洲的諸個(gè)國家考察并結(jié)識(shí)當(dāng)時(shí)許多著名的科學(xué)家，那個(gè)時(shí)候法拉第的身份是一個(gè)仆人。隨著眼界的拓展和知識(shí)的豐富，法拉第開始大膽的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，并很快取得了許多化學(xué)成果，如創(chuàng)立金相分析方法、用 取代反應(yīng)制備六氯乙烷和四氯乙烯、發(fā)現(xiàn)氯氣等氣體的液化方法等。更為重要的是他對(duì)電化學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究，并總結(jié)出了法拉第電解定律：電解釋放出來的物質(zhì)總量和通過的電流總量成正比，和那種物質(zhì)的化學(xué)當(dāng)量成正比。當(dāng)然最出名的還是他對(duì)電磁學(xué)的研究。1821年法拉第從奧斯特發(fā)現(xiàn)的電流使得磁針偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象出發(fā)，制作了電動(dòng)機(jī)的雛形——固定的磁鐵讓通電的線圈轉(zhuǎn)動(dòng)起來；1831年法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象——磁鐵穿過閉合回路時(shí)會(huì)產(chǎn)生電流；1845年法拉第發(fā)現(xiàn)了“磁光效應(yīng)”——偏振光通過磁場后其偏振作用會(huì)發(fā)生變化；1837年法拉第首次引入“力場”的概念，他認(rèn)為電和磁周圍都存在“場”，場的強(qiáng)度和方向可以用“力線”的方向和密度來表示，處在場中的電荷或者磁將會(huì)因此受到相互作用。他用鐵屑撒在磁鐵周圍，非常形象地“看”到了磁場的分布，而著名的“冰桶實(shí)驗(yàn)”則證明了電荷守恒定律?！皥觥备拍詈髞肀晃锢韺W(xué)家發(fā)揚(yáng)光大，成為描述自然界相互作用的基本概念，是近代物理學(xué)的基礎(chǔ)，這也是法拉第一生當(dāng)中最為重要的科學(xué)貢獻(xiàn)。1925年法拉第接替戴維任皇家研究所國家實(shí)驗(yàn)室主任，他的科學(xué)導(dǎo)師戴維曾說他對(duì)科學(xué)最重大的貢獻(xiàn)就是發(fā)現(xiàn)了法拉第。
偉大的科學(xué)家法拉第又是一個(gè)平凡的普通人。他經(jīng)常做公眾科普演講和組織科學(xué)討論會(huì)，19年里不間斷地堅(jiān)持青少年通俗科學(xué)講座并把講稿編成了一本著名的科普讀物《蠟燭的故事》。他熱心于公眾科學(xué)事業(yè)，為人質(zhì)樸、謙虛謹(jǐn)慎且不圖名利，以至于外人來皇家學(xué)院做實(shí)驗(yàn)時(shí)會(huì)誤認(rèn)他是看門的老頭。在法拉第的實(shí)驗(yàn)記錄本里，幾乎沒有任何數(shù)學(xué)公式，而有的是他實(shí)驗(yàn)過程的一張張圖表，直觀形象地顯示了物理圖像。他不愿意為拿高額的報(bào)酬，也不愿意接受皇家學(xué)會(huì)會(huì)長的提名，他認(rèn)為這會(huì)因此而影響他的科研工作。他想做的，只是一個(gè)普通平凡的公民，可以自由暢游科學(xué)的海洋。1867年8月25日法拉第在他書房里安詳?shù)厝ナ?，他被葬在普通人的公墓里，墓碑上只有他的名字和出生年月。物理學(xué)界為了紀(jì)念法拉第，選取電容單位命名為法拉第，讓后世永遠(yuǎn)銘記這位平民科學(xué)大家。
法拉第的故事告訴我們：1、做好科學(xué)研究，出生不是問題，學(xué)歷也不是問題，貧窮更不是問題，關(guān)鍵是要持久擁有一顆對(duì)科學(xué)無比執(zhí)著熱愛的心！2、優(yōu)秀的導(dǎo)師很重要，他能把你引領(lǐng)到科學(xué)的前沿，但是在此之后更為重要的是你自己的勤奮和努力；3、豐富地閱讀文獻(xiàn)資料是從事科學(xué)研究的基礎(chǔ)，大膽和創(chuàng)新是科學(xué)前進(jìn)的重要源泉，做一個(gè)好的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家最重要的是對(duì)物理圖像和物理概念的深刻理解和認(rèn)識(shí)，而不是數(shù)學(xué)公式推演和習(xí)題論證；4、科學(xué)研究中需要謙虛、謹(jǐn)慎、認(rèn)真、勤懇，繁復(fù)的職務(wù)和誘人的高薪只會(huì)拖累科學(xué)本身； 5、科學(xué)是平民的科學(xué)，科學(xué)知識(shí)不是科學(xué)家的專利而是大眾的財(cái)富，讓更多的人懂得科學(xué)才是科學(xué)真正的成功。
應(yīng)用物理大俠愛迪生（Thomas Alva Edison，1847～1931）。提起愛迪生，人們的第一印象應(yīng)該是“發(fā)明大王”。他一生有近2000項(xiàng)發(fā)明，其中在專利局正式登記的就達(dá)1300項(xiàng)，近現(xiàn)代社會(huì)用的電器如電燈、留聲機(jī)、電話、電報(bào)、電影等等無不和愛迪生的發(fā)明有關(guān)聯(lián)，電磁學(xué)的種種物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和原理在他手上變成了人類服務(wù)的不竭財(cái)富，極大地推動(dòng)了人類社會(huì)進(jìn)入電氣時(shí)代。他創(chuàng)立的“愛迪生電力照明公司”在后來和湯姆休斯頓公司合并成為了通用電氣公司統(tǒng)治了電氣領(lǐng)域的長達(dá)一個(gè)世紀(jì)，至今通用電氣公司（GE）仍然是全球最大的機(jī)械電器制造商和銷售商之一。然而這樣的一位發(fā)明大王兼企業(yè)大亨，卻僅僅上過三個(gè)月小學(xué)，原因是曾被老師認(rèn)為是“低能兒”而退學(xué)。他的知識(shí)只來源于母親的耐心教導(dǎo)和勤奮的自修，靠著他對(duì)自然的強(qiáng)烈好奇心、親自實(shí)驗(yàn)的本能、驚人的工作精力和團(tuán)隊(duì)組織協(xié)調(diào)能力，愛迪生一步步點(diǎn)亮了“發(fā)明大王”的智慧光環(huán)。
愛迪生小時(shí)候最大的特點(diǎn)就是有無窮無盡讓人費(fèi)解的問題，任何人都是他的發(fā)問對(duì)象，問到你煩的不行也不罷休。正是如此他的小學(xué)老師才把他列為“低能兒”——對(duì)付他那些愚蠢的問題實(shí)在太痛苦了。愛迪生另一個(gè)特點(diǎn)就是當(dāng)他問問題得不到滿意的答案時(shí)，他就會(huì)親自動(dòng)手用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證他的想法。比如著名的愛迪生孵小雞的故事，他認(rèn)為既然雞媽媽蹲在雞蛋上面可以孵出小雞，那他蹲在上面也可能孵出來。他看到鐵匠用火燒紅鐵塊，就想弄明白火究竟是什么，并著手在家里牛棚里開始實(shí)驗(yàn)，結(jié)果他把牛棚給點(diǎn)著燒掉了。他也曾想探究馬蜂窩里的奧秘，然后被馬蜂蟄的滿臉腫痛。他甚至在自家地下室建設(shè)了一個(gè)小實(shí)驗(yàn)室，為了保護(hù)自己的實(shí)驗(yàn)品，他還故意貼上毒藥的標(biāo)簽。在一個(gè)雪天的夜晚，為了讓醫(yī)生順利給媽媽做闌尾手術(shù)，他巧妙利用鏡子的反射聚集了昏暗的油燈光點(diǎn)亮了整個(gè)房間。愛迪生少年時(shí)代就展示了他的商業(yè)才能，十二歲的他利用自己在火車上賣報(bào)的錢在底特律開了兩家小店，并雇用兩個(gè)少年幫他看店約定和他們共同分享紅利。然而愛迪生與電結(jié)上不解之緣則起因于一次見義勇為——他勇敢地救下了鐵路站站長的兒子，作為報(bào)答，站長教了他電報(bào)技術(shù)并讓他成為電報(bào)技術(shù)員。因?yàn)樵陔妶?bào)局是上夜班，而上級(jí)要求每個(gè)小時(shí)必須給對(duì)岸發(fā)一次電報(bào)，為了能夠偷懶睡覺，愛迪生于是做了一種自動(dòng)定時(shí)發(fā)報(bào)的機(jī)器，后果是他被發(fā)現(xiàn)上班時(shí)間睡覺而解職然后被迫流浪，在一些電信電報(bào)公司之間游蕩。后來回家后經(jīng)朋友推薦重新找到了一份電信技工的工作，在波士頓他有了人生的第一個(gè)發(fā)明——一臺(tái)會(huì)顯示“Yes”和“No”的自動(dòng)表決器，獲得了生平第一項(xiàng)專利權(quán)。從此，愛迪生開始了他的發(fā)明人生路。
1869年愛迪生和朋友聯(lián)合設(shè)立“波普-愛迪生公司”，專門制造和改良一些事務(wù)機(jī)器，如黃金行情顯示器，股票行情顯示器，金價(jià)印刷機(jī)等等。他的第一桶金是轉(zhuǎn)讓專利的四萬美金，這筆巨大的收入讓他在1876年成立了自己的制造工廠——新澤西“夢羅園”（門羅公園）工廠，也就是人們常說的“愛迪生發(fā)明工廠”。以愛迪生為首的一群青年科學(xué)家開始實(shí)現(xiàn)他們的發(fā)明之夢。他們的主要發(fā)明有：1）同步發(fā)報(bào)機(jī)。早期的發(fā)報(bào)機(jī)一次只能傳遞一個(gè)訊息，愛迪生作為一個(gè)電報(bào)技師把傳統(tǒng)發(fā)報(bào)機(jī)改良成了二重發(fā)報(bào)機(jī)，隨后又改進(jìn)成四重發(fā)報(bào)機(jī)，成功實(shí)現(xiàn)了同步發(fā)報(bào)；2）改良電話機(jī)。人們熟知電話是貝爾發(fā)明的，事實(shí)上不完全如此，因?yàn)閻鄣仙碾娫拰＠暾?qǐng)僅僅比貝爾晚遞交兩個(gè)小時(shí)而失去了專利權(quán)。電話之所以能夠大規(guī)模地使用，關(guān)鍵在于愛迪生在1877年發(fā)明了能夠清晰收發(fā)語音的碳粉送話器以及聲波分析諧振器，否則人們能聽到的只是一片沙沙的噪音。同年愛迪生也申請(qǐng)了三項(xiàng)筆類的發(fā)明專利：穿孔筆、氣動(dòng)鐵筆和普通鐵筆；3）留聲機(jī)。這是愛迪生最為心愛的發(fā)明之一。1877年底，“夢羅園”實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了人類有史以來的第一次錄音，是一首兒歌。后來經(jīng)過十幾年的不斷改進(jìn)，留聲機(jī)由滾筒式改成了膠木唱盤式，就是我們熟知的經(jīng)典唱片機(jī)；4）復(fù)印機(jī)。愛迪生發(fā)明過石蠟紙，起初只用于一些食品包裝，后來他發(fā)現(xiàn)用石蠟刻字紙版可以用于油墨印刷。1876年，愛迪生開始批量生產(chǎn)他的復(fù)印機(jī)，廣受學(xué)校和政府事業(yè)單位的歡迎；5）電燈。1878年愛迪生開始著手解決電照明的問題。他從改革弧光燈（當(dāng)時(shí)巴黎的一種電照明裝置）著手，試圖改進(jìn)為白光燈。 為此最重要的就是找到物美價(jià)廉的燈絲，這種燈絲要在2000oC下耐住近1000小時(shí)。起初他用碳化物質(zhì)如竹棉、石墨等試驗(yàn)，后又改用高熔點(diǎn)的鉑銥合金，又嘗試了一千多種其他材料，但都失敗了。后來他的助手們發(fā)現(xiàn)把熾熱的燈絲密封在真空環(huán)境里可以保持較長的壽命，于是愛迪生又回到碳質(zhì)燈絲上來。三年里幾乎每天都工作十八九個(gè)小時(shí)，終于在1880年找到了可以點(diǎn)亮1200小時(shí)的碳化竹絲材料。同年愛迪生還研究過直升機(jī)，發(fā)明磁力篩礦器，并在1891年改進(jìn)成“愛迪生選礦機(jī)”，開始自行經(jīng)營采礦事業(yè)。1880年5月第一艘用電燈照明的“哥倫比亞”號(hào)輪船試航成功，12月愛迪生在紐約成立愛迪生電力照明公司，次年在第五大街設(shè)立總部并成立工廠。直到1908年，多孔脆弱強(qiáng)度低的碳化竹絲才被強(qiáng)度大的鎢絲替代，這類白熾燈一直沿用至今；6）1882年，愛迪生發(fā)明電流三線分布制，建立了第一家輸電公司，不僅為千家萬戶帶來了電的光明也為電力工業(yè)化進(jìn)程奠定了基礎(chǔ)。同年他還發(fā)現(xiàn)在近真空狀態(tài)下，電流可以在不相互接觸的電線之間通過，稱之為愛迪生效應(yīng)。后人發(fā)明真空電子管便是基于此原理，真空管的發(fā)明開啟了電子信息時(shí)代；7）電影。1891年，愛迪生獲得活動(dòng)電影放映機(jī)的專利，并在5月向公眾展示了活動(dòng)電影視鏡。1893年他們建立起了世界上第一座電影“攝影棚”，次年在紐約有了第一家活動(dòng)電影放映影院。1903年愛迪生的公司制作了第一部故事片《列車搶劫》。1912年成功發(fā)明了有聲電影，影像和聲音媒體時(shí)代來臨；8）新型蓄電池。最早的蓄電池是伏打電堆化學(xué)蓄電池，愛迪生后來研制了堿性蓄電池。1902年第一臺(tái)蓄電池動(dòng)力車試驗(yàn)成功，1909年成功發(fā)明了可提供源動(dòng)力的蓄電池，同年研制出了傳真電報(bào)；9）1915—1918年第一次世界大戰(zhàn)期間，愛迪生還發(fā)明過少軍事裝置，如魚雷機(jī)械裝置，噴火器和水底潛望鏡等；10）愛迪生最受爭議的發(fā)明是電椅。由于當(dāng)時(shí)認(rèn)識(shí)的局限，愛迪生只信任直流電而強(qiáng)烈批評(píng)交流電，認(rèn)為使用交流電非常危險(xiǎn)。而實(shí)際上交流電更適合于遠(yuǎn)距離傳輸，是更為經(jīng)濟(jì)合理的電力。愛迪生和他的支持者們?yōu)榱舜驌魧?duì)手，決定把交流電和死亡聯(lián)系到一起，他們?cè)诠娒媲氨硌萁涣麟娙绾坞娝栏鞣N動(dòng)物。在1888年，紐約州政府同意給死囚實(shí)行電刑，并又愛迪生實(shí)驗(yàn)室制作了第一把電椅。1890年第一個(gè)被電刑處決的死囚死的并不順利，反復(fù)的電擊把他燒的焦臭無比，讓人們對(duì)電刑帶來恐懼和不安。后來美國才以毒氣和注射的方式進(jìn)行處決死囚。遺憾的是，愛迪生始終頑固地堅(jiān)持不用交流電，最終他的公司每況愈下。后來摩根把湯姆休斯頓公司和愛迪生照明公司合并成了通用電氣公司。1931年10月18日，愛迪生在西奧倫治逝世，享年84歲，為了悼念這位偉大的發(fā)明家，10月21日全美熄滅了他發(fā)明的電燈。
愛迪生的故事告訴我們：1、不要輕易地判斷一個(gè)孩子的智慧高低和前途的好壞，哪怕他只上過幾個(gè)月的小學(xué)；2、胸中有問題（好奇心）、喜歡問問題（好學(xué)心）、善于解決問題（探究心）是作為一個(gè)科學(xué)家的向前發(fā)展的最大潛力；3、天才離不開99%的勤奮與汗水，但有時(shí)更需要的是那1%的靈感；4、人生短暫，只爭朝夕，要利用有限的時(shí)間作出無限的事業(yè)才能獲得最大的成功；5、即使是權(quán)威也有失誤的時(shí)候，對(duì)待新事物不應(yīng)只是排斥，而是經(jīng)過試驗(yàn)考證后嘗試去接受甚至改進(jìn)它，為我所用才能讓自己走的更遠(yuǎn)。
理論物理大俠麥克斯韋（James Clerk Maxwell，1831～1879）。和前兩位大俠風(fēng)格不同，麥克斯韋是典型的好出身、優(yōu)質(zhì)教育加聰穎的頭腦。麥克斯韋有個(gè)做律師的父親，他的教育經(jīng)歷是愛丁堡中學(xué)和愛丁堡大學(xué)以及著名的劍橋大學(xué)三一學(xué)院——那是偉大的牛頓工作過的地方，有著那顆激發(fā)智慧的蘋果樹。麥克斯韋的主要成就是系統(tǒng)完善地闡述了經(jīng)典電磁理論，龐大而復(fù)雜的電磁學(xué)現(xiàn)象被他歸納為簡潔的四個(gè)微積分方程——麥克斯韋方程組，這個(gè)方程組被認(rèn)為是物理學(xué)最優(yōu)美的公式；他還創(chuàng)立了統(tǒng)計(jì)物理學(xué)，提出了許多統(tǒng)計(jì)物理概念和理想實(shí)驗(yàn)，其中包括傳奇的麥克斯韋妖；他在英國建立起了卡文迪許實(shí)驗(yàn)室并擔(dān)任第一任實(shí)驗(yàn)室主任，該實(shí)驗(yàn)室至今還是世界上著名的科學(xué)研究中心之一。
麥克斯韋1831年出生于蘇格蘭愛丁堡，這一年法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，似乎暗示著這他們?nèi)松g存在密切關(guān)聯(lián)。孩童時(shí)的麥克斯韋同樣是個(gè)勤學(xué)好問的小家伙，和愛迪生不同的是麥克斯韋父親及其他長輩會(huì)耐心給他解釋，雖然很多時(shí)候都會(huì)被他古怪的問題難倒。老麥克斯韋發(fā)現(xiàn)兒子對(duì)自然科學(xué)很感興趣，就經(jīng)常帶著他一起去參加他也喜歡的愛丁堡皇家學(xué)會(huì)科學(xué)講座。麥克斯韋八歲那年母親因患肺結(jié)核不幸去世，父親就成了他相依為命的唯一親人。就讀愛丁堡中學(xué)時(shí)，時(shí)常因?yàn)樗婀值泥l(xiāng)下土音以及父親做的奇怪衣服而惹老師和同學(xué)們嘲笑，麥克斯韋就經(jīng)常獨(dú)自一人躲在角落里讀歌謠看圖畫演算數(shù)學(xué)題。直到一次全校數(shù)學(xué)和詩歌比賽，兩項(xiàng)第一名都由同一個(gè)人獲得，他就是不起眼的麥克斯韋。從此同學(xué)和老師都對(duì)他刮目相看，作為優(yōu)等生麥克斯韋獲得了大家的尊敬和仰慕，他的數(shù)學(xué)天賦也在父親的認(rèn)真教導(dǎo)下漸漸嶄露頭角。14歲的麥克斯韋就在《愛丁堡皇家學(xué)會(huì)學(xué)報(bào)》上發(fā)表了一篇關(guān)于二次曲線幾何作圖的數(shù)學(xué)論文，他的方法甚至比當(dāng)年數(shù)學(xué)大師笛卡爾的方法還要簡便一些。麥克斯韋還有一大特長就是詩歌寫的好，時(shí)常被同學(xué)們傳抄朗誦。他還喜歡玩陀螺并非常樂意教朋友們玩。詩歌和陀螺成了他畢生的兩大愛好。隨后麥克斯韋考上了蘇格蘭最高學(xué)府愛丁堡大學(xué)，在這里他的數(shù)學(xué)和物理學(xué)知識(shí)得到了進(jìn)一步的豐富。
為進(jìn)一步深造，麥克斯韋在1850年來到了英國最好的學(xué)府之一劍橋大學(xué)就讀。這里，有牛頓也有達(dá)爾文的足跡。而麥克斯韋正是在三一學(xué)院遇到了伯樂名師——數(shù)學(xué)家霍普金斯，從此引領(lǐng)他走上了數(shù)學(xué)物理之路。起因于霍普金斯要到圖書館借一本數(shù)學(xué)專著，卻被告知?jiǎng)偙蝗私枳摺Ｒ驗(yàn)檫@是一本非常難讀懂的數(shù)學(xué)論著，霍普金斯好奇地找到的借書人——麥克斯韋，發(fā)現(xiàn)他正在埋頭做凌亂不堪的筆記摘抄。于是霍普金斯笑了：“年輕人，如果沒有秩序，你永遠(yuǎn)成不了優(yōu)秀的數(shù)學(xué)物理學(xué)家！”從此麥克斯韋投入霍普金斯門下做研究生。這是一個(gè)高手如云的門派，霍普金斯先后培養(yǎng)出了物理學(xué)家威廉.湯姆遜也就是開爾文勛爵和數(shù)學(xué)家斯托克斯。麥克斯韋在霍普金斯的教導(dǎo)下養(yǎng)成了嚴(yán)格細(xì)致的學(xué)習(xí)習(xí)慣，并在師兄斯托克斯的帶領(lǐng)下迅速掌握了當(dāng)時(shí)先進(jìn)的數(shù)學(xué)方法，成為霍普金斯的又一令他自豪的高徒。23歲的麥克斯韋在師兄斯托克斯的主持下參加了數(shù)學(xué)學(xué)位考試，考題是關(guān)于曲面積分和線積分——一個(gè)當(dāng)年斯托克斯剛剛發(fā)現(xiàn)的定理（這個(gè)定理也是麥克斯韋方程組的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)之一），麥克斯韋獲得了優(yōu)等第二，并在這一年開始對(duì)電磁學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣。在閱讀法拉第的《電學(xué)實(shí)驗(yàn)研究》和跟師兄威廉.湯姆遜的物理討論后，麥克斯韋開始試圖用數(shù)學(xué)的語言來描述法拉第的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。24歲時(shí)麥克斯韋發(fā)表了第一篇關(guān)于電磁學(xué)的論文《論法拉第的力線》，他用一個(gè)矢量微分方程成功描述了法拉第關(guān)于場力線的學(xué)說。1856年麥克斯韋父親病逝，他此前為了照顧父親而選擇了離家較近的阿伯丁工作，在那里做了四年的物理學(xué)講座，期間他經(jīng)常給法拉第寫信探討電磁學(xué)的奧秘。28歲那年，麥克斯韋全家搬到了倫敦，他開始在倫敦皇家學(xué)院任教。在這里，他特地拜訪了比他大40歲的法拉第，兩人進(jìn)行了非常愉快而熱烈的會(huì)談，理論和實(shí)驗(yàn)的碰撞激發(fā)了靈感和智慧的火花。法拉第的鼓勵(lì)讓麥克斯韋樹立起了更大的信心，麥克斯韋試圖建立一個(gè)“以太模型”對(duì)法拉第力線的概念進(jìn)一步探討。麥克斯韋通過研究發(fā)現(xiàn)，電場變化下的電介質(zhì)中確實(shí)存在“位移電流”，其速度幾乎等于光速，并發(fā)表了第二篇電磁學(xué)論文《論物理學(xué)的力線》。這篇?jiǎng)潟r(shí)代的論文基于法拉第的力線觀點(diǎn)，從理論上引申和發(fā)展了電的傳播特性。此后麥克斯韋意識(shí)到位移電流的物理含義在于變化的磁場可以產(chǎn)生電場，而變化的電場也可以產(chǎn)生磁場，這正是對(duì)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的理論解釋！據(jù)此，麥克斯韋推到出了兩個(gè)微積分方程式，后人總結(jié)為“麥克斯韋方程組”。位移電流的概念實(shí)際就是電磁波的預(yù)言，1865年麥克斯韋在第三篇電磁學(xué)論文《電磁場動(dòng)力學(xué)》中用數(shù)學(xué)方法完美論證了電磁波的存在，并根據(jù)電磁波傳播速度為光速而大膽猜測光也是一種電磁波，這一推測大大推進(jìn)了人們對(duì)光的本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。1873年麥克斯韋完成了《電磁學(xué)通論》一書，經(jīng)典電磁學(xué)的研究從庫侖、高斯、歐姆、安培、畢奧、薩伐爾、法拉第等前人豐富的實(shí)驗(yàn)成果和簡單理論模型終于走向了大廈落成的一天。只是遺憾的是麥克斯韋超越時(shí)代的觀點(diǎn)并不被廣泛接受，盡管觀念非常新奇而令人激動(dòng)，但它的數(shù)學(xué)和物理內(nèi)涵卻是高深難懂的。直到1888年赫茲用實(shí)驗(yàn)驗(yàn) 證了電磁波的存在，而且和光一樣具有反射、折射、干涉、衍射、偏振等性質(zhì)，測定出的頻率和波長直接確定了其傳播速度等于光速，即證明光也是一種電磁波。之后，人們才意識(shí)到麥克斯韋的工作是繼牛頓力學(xué)之后最偉大的數(shù)學(xué)物理成就。麥克斯韋把人生最后數(shù)年歲月的心血傾注到了英國卡文迪許實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)上，他參與設(shè)計(jì)建造實(shí)驗(yàn)室，負(fù)責(zé)整理卡文迪許的手稿資料，并擔(dān)任了第一任實(shí)驗(yàn)室主任?？ㄎ牡显S實(shí)驗(yàn)室后期的幾位實(shí)驗(yàn)室主任都是物理學(xué)界的泰斗，他們是瑞利（發(fā)現(xiàn)光的散射模型）、約瑟夫.湯姆遜（發(fā)現(xiàn)電子）和盧瑟福（發(fā)現(xiàn)原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)）。1879年11月5日，麥克斯韋因患癌癥去世，年僅49歲。麥克斯韋的研究揭示了電、磁、光三者的本質(zhì)聯(lián)系，是物理學(xué)史上最為重要的進(jìn)展之一。