詹姆斯

麦克斯韦明明统一了电磁学,为什么看起来却低了牛顿、爱因斯坦一档?

詹姆斯


客观地说,仅仅从成就来看,牛顿、爱因斯坦、麦克斯韦三人应该是并驾齐驱的,是理论物理学史上毫无争议的第一梯队的存在,而且第一梯队有且只有这三位而已 。可我们会发现,在很多人眼里麦克斯韦的地位似乎远不如牛顿、爱因斯坦,甚至都不如伽利略 。不仅如此,很多人对牛顿、爱因斯坦的生平了解的很多,但很少人了解麦克斯韦的生平 。
那问题就来了,为什么我们说单从成就上看,麦克斯韦并不亚于牛顿和爱因斯坦?又为什么,麦克斯韦并不如牛顿、爱因斯坦为人所知?理论物理学家的梦想我们来先来解决第一个问题 。其实,从古至今,理论物理学家都有一个梦想,这个梦想就是提出大一统理论 。那为什么是大一统理论呢?说白了就是用一套理论解释所有的物理学现象 。这个梦想不仅牛顿有,爱因斯坦也有,而且两人晚年都为此付出了许多的努力,但都没有任何结果 。
不过,从这个方面,我们也能了解到,就像古代帝王喜欢统一,理论物理学家也喜欢统一 。而凡是能仅凭一人之力或者说单打独斗,就完成部分统一的理论物理学家都可以跻身到理论物理学史上第一梯队的行列当中 。而在这个梯队中,有且仅有三位实现了部分的统一:牛顿提出了牛顿力学,万有引力定律,统一了“天上”和“地上”的物理学;(在此之前,亚里士多德世界观中,天上和地上遵循两套完全不同的规律 。
)麦克斯韦提出了麦克斯韦方程,统一了“电”和“磁”,并且预言了电磁波的存在,同时光就是一种电磁波 。(后来,他的理论被赫兹所证明 。)爱因斯坦提出了相对论,在狭义相对论部分,他统一了“时间”和“空间”,“能量”和质量 。在广义相对论部分,他给出了引力本质的诠释 。而诸如量子力学和近现代的粒子物理标准模型,实际上都是一群人一起努力的结果 。
量子力学前前后后经历了多代物理学家,比如:第一代的普朗克、爱因斯坦;第二代的波尔、索末菲、波恩;第三代的海森堡、薛定谔、狄拉克等 。至于粒子物理学标准模型也是这样,有杨振宁、温伯格、希格斯、费曼、盖尔曼等等几十位甚至是上百的科学家共同努力得以完善 。因此,这才使得牛顿、麦克斯韦、爱因斯坦拥有如此崇高的历史地位 。
麦克斯韦为什么不为人所知?实际上,如果经常到学校里转转,我们确实能够看到麦克斯韦的画像 。但即使是这样,麦克斯韦的名声还远不及牛顿、爱因斯坦 。各种原因,我觉得和学生时代的知识结构有关 。我们了解牛顿,是因为我们初中、高中都会接触到物理学,而其中最核心的牛顿力学,也是学生们主要学的 。虽然也会学一些电磁学理论,但如果仔细去看的话,我们会发现学的这些电磁学理论都是经过简化的 。
【詹姆斯】所谓的安倍定则,欧姆定律,楞次定律等等,就是没有接触到麦克斯韦方程 。因此,你很难感受得到麦克斯韦方程如何统一了电磁学 。实际上,初高中学的这些电磁学理论都是在某种假定条件下得到的,只是麦克斯韦方程理论的一部分而已 。如果真的让学生们去学麦克斯韦方程,估计挂科率肯定是止不住了 。也因此,我们上高中物理课时,根本不会接触到麦克斯韦这个人,也就无法知道他到底有多厉害 。
而相对论虽然很多人都不懂,但是相对论的名气要远远大于麦克斯韦方程 。平时没事谈相对论和量子力学都会让人觉得你特别有学识,但你见过谁会没事跟你说,我们来聊一聊麦克斯韦方程?而且像相对论中的质能方程,以及量子力学中的薛定谔的猫其实都已经成为了时下的流行用法 。因此,也使得这两个理论成为了大家耳熟能详的理论 。(当然,其实大多数人都搞不懂这两个理论到底说了啥 。

推荐阅读