麦克斯韦是如何发现电磁场理论的？

1831年11月13 日，刚好在法拉第发现电磁感应不久，麦克斯韦出生在苏格兰首府爱丁堡。跟出身寒微的法拉第不同，他家学渊博，祖上有不少名流学者。父亲在乡下有产业；职业是律师，兴趣却在科学技术上，他爱设计机器、爱科学、爱提问。麦克斯韦从小受到熏陶，上中学时已才华出众，第二年考入爱丁堡大学。三年后转入剑桥大学，以甲等数学第二名的优异成绩毕业。麦克斯韦受父亲的影响，对实际问题感兴趣。他的研究题目都是怎样运用数学解决物理学、天文学或工程问题。

麦克斯韦从剑桥大学毕业后，最初研究光的色彩理论。不久他读到法拉第的电磁实验研究。用充满力线的场代替牛顿的真空，用力在场中以波的形式和有限的速度代替牛顿的超距作用，这不同凡响的大胆见解唤起了麦克斯韦的想象力，引起了他的共鸣。然而麦克斯韦也看到，法拉第的表述方法不够严格，有漏洞。正是在这里他可以大显身手，施展自己的数学才能。

麦克斯韦在电磁学论文《论法拉第的力线》中，开宗名义，第一句话是：“关于电的科学，目前的状况对于思考特别不利。”麦克斯韦要改进这种状况。他运用法拉第的力线思想，把法拉第发现的种种迥然不同的现象彼此之间的内在联系，清楚地展现在数学家、物理学家们面前。要做到这一点，必须具备两方面的条件：①要澄清物理概念，建立一个物理模型，以便类比借鉴；②要运用数学工具，给出精确的数量关系。法拉第对电流周围的磁力线所作的物理描述，被麦克斯韦概括为一个矢量微分方程。这是一个良好的开端，法拉第的物理直觉能力和麦克斯韦的数学分析技巧开始会合了。

法拉第比麦克斯韦年长40岁，他们的出身、教育、性格、爱好截然不同。一个来自社会最低层，一个门第高贵。一个连小学也没毕业，一个是名牌大学的高才生。法拉第讲话娓娓动听，引人入胜；麦克斯韦才思敏捷，言辞锋利，却不管听的人懂不懂，只管自己发挥。一个是实验巨匠，一个是数学高手。一个善于运用直觉，把握住物理现象的本质，设计巧妙的实验、观察、记录、归纳；一个擅长建立物理模型运用数学技巧演绎、分析、提高。如果把他们两个人的特点集于一身，那就是一个理想的物理学家了。现在他们确实汇集在一起。他们坚信场的物质性，反对牛顿的超距作用；他们的目标是一致的——建立一个全新的、不从属于牛顿自然哲学体系的电磁学理论。

在麦克斯韦建立他的电磁理论之前，诺埃曼、韦伯等德国物理学家继承了安培的超距作用观点，对电磁现象的研究做过不少贡献，形成了电动力学的所谓大陆学派。但是，他们企图在力学的框架内理解电磁现象，提出各种复杂的相互作用“势”来描述电磁过程，理论复杂而不自然，未能建立一个统一的理论体系。而麦克斯韦则继承了法拉第的近距离作用观念，取得了决定性的进展。

麦克斯韦走了三大步才建立起电磁理论，前后历时10余年。他一开始就把注意力集中到法拉第的力线上。

1856年，他发表了电磁理论方面的第一篇论文《论法拉第的力线》。在开尔文对热传导现象、流体运动和电磁力线的类比研究的基础上，首次试图将法拉第的力线概念表述成精确的数学形式。他在文中给出了电场的已知定律的微分关系式。

1862年，他发表了第二篇论文《论物理的力线》。在这篇论文中，他提出一个分子涡流以太模型，通过数学计算可以得出电学和磁学中全部已知的基本定律。除此之外，麦克斯韦还在这个模型的基础上引入了“位移电流”的概念：变化电场引起介质电位移的变化，这种变化与传导电流一样在周围空间激发磁场。位移电流完全是麦克斯韦的独创（在没有任何实验提示的情况下，只是为了保证理论的自恰性——与电荷守恒定律兼容而大胆引入的）。因此，麦克斯韦电磁理论绝不仅仅是法拉第的思想的数学精确化。提出位移电流不但保证了理论的自恰性，而且使理论具有一种对移性：变化的电场在周围的空间激发涡旋磁场，变化的磁场在周围的空间激发涡旋电场，这就为脱离场源而交互变化的电场和磁场——电磁场的独立存在提供了依据。电磁场是一种新型的运动，以横波的形式在空间传播，形成所谓的电磁波。

1865年，他发表了第三篇论文《电磁场的动力理论》。他不再用他过去提出的以太模型，而是通过数学解析方法，总结了以他的名字命名的电磁场基本方程——麦克斯韦方程组。由这个方程组，他推出电磁场所满足的波动方程，预言了电磁波的存在。由于算出的电磁波在真空中传播速度与真空的光速相同，麦克斯韦断言光就是频率在某一范围的电磁波，建立了光的电磁理论。这是理论和实验相结合的硕果。

麦克斯韦扎实的数学基础为他的成功奠定了基础。数学作为物理研究的工具是极为重要的。麦克斯韦如果没有扎实的数学功底、严密的逻辑思维能力，就不可能得出麦氏关系，这一点是不容置疑的。还要说明的是：麦克斯韦先用以太模型导出新的方程组，然后又敢于舍弃原来的力学比拟，让电磁场理论从机械论框架中解脱出来，成为独立的对象，这就是麦克斯韦的伟大之处。有人曾这样比喻：对麦克斯韦来说，机械模型就好像建筑高楼大厦时的脚手架，楼房建好之后，脚手架就一点一点地被拆掉了。这一点和我们前面提到的安培形成鲜明的对比，安培完全被自己的理论框架囚禁了，从而失去了发现电磁感应的机会。这其实是创新思维在科学发展进程中重要作用的一个典型实例，对于我们今天在教与学的过程中要进行创新思维意识的培养具有一定的启发作用。

麦克斯韦方程组被列入“改变世界面貌的10个公式”之一。当法拉第和麦克斯韦将电磁学的大厦建立起来以后，又出现了一位杰出的物理学家——赫兹。他用实验证实了电磁波的存在。之后不到6年时间，意大利的马可尼和俄国的波波夫就分别实现了无线电的长距离传播。无线电报、无线电广播、无线电话、电视、雷达，数不尽的无线电技术蓬勃发展起来，使人类的生活达到了空前的丰富多彩。

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1831年，法拉第发现了电磁感应定律，也是在这一年，麦克斯韦在苏格兰的爱丁堡出生。

麦克斯韦在爱丁堡接受了启蒙教育，1847年，16岁的他进入爱丁堡大学学习，他是班上年纪最小的学生，但成绩名列前茅，显示出了非凡的才华。他不仅学习用功，还喜爱看课外书。

1850年，在用三年即完成了四年的大学学业后，19岁的麦克斯韦离开爱丁堡，进入了剑桥大学三一学院（牛顿曾经求学的地方）数学系学习。

1854年，刚从剑桥毕业不久的麦克斯韦读到了法拉第的《电学实验研究》，在认真研究了这本著作后，他决定用数学来给法拉第的理论定性。

麦克斯韦毕业后留校任职了两年，之后在苏格兰又进行了短暂的教学工作。1860年，麦克斯韦来到了伦敦国王学院担任自然哲学和天文学教授，在那里的几年间，他硕果累累。他不仅描绘了土星光环，还发展出了色彩理论，拍摄出了第一张彩色照片。

1820年以前，物理学都是以牛顿的思想为基础，1820年，奥斯特发现的电磁现象让人们感到困惑，同年，法国科学家安培用数学方法总结了奥斯特的发现，创立了电动力学，1831年，法拉第发现了电磁感应定律。

1855年，麦克斯韦开始潜心研究电磁学，他坚信法拉第的理论中蕴含着真理，他决定凭借自己高深的数学造诣，把法拉第天才般的想法用准确的数学形式表示出来。他接连发表了三篇论文：《论法拉第的力线》、《论物理的力线》和《电磁场的动力学理论》，其中的麦克斯韦方程组将电磁场理论用完美的数学形式表示了出来。

麦克斯韦方程组总共有四个方程，分别是描述静电的高斯电场定律、描述静磁的高斯磁场定律、描述磁生电的法拉第定律和描述电生磁的安培-麦克斯韦定律。

何以与牛顿、爱因斯坦相提并论？

麦克斯韦方程组虽然有四个方程，但其中有三个半是在麦克斯韦之前就已经有了，只有第四个安培-麦克斯韦定律里的半个是他加进去的。

如此而已，他为何被公认为可以与牛顿、爱因斯坦相提并论的人？

原因是，在麦克斯韦之前，电磁学领域已经产生了一堆实验定律，但如何在杂乱无章的定律中建立一个完美的模型来描述整个电磁学，这是一件及其困难的事情。

但麦克斯韦凭借自己天才的数学能力和物理直觉直接修改了安培的环路定理，修正了几个定律之间的矛盾，还发现了电磁波。他的修正项表明时变电场可以产生磁场，而时变磁场又可以产生电场。

麦克斯韦方程组描述了经典电磁学的一切，此前所有的电磁定律都可以由它推导出来，此前未能解决的问题也能从方程中寻到答案，它还能证明电磁波的存在。

麦克斯韦建立了麦克斯韦方程组，从而创立了经典电动力学，他还预言了电磁波的存在，提出了光的电磁说。他的方程证明电磁场有波浪式的传播特性，这是物理学上的重要发现，这种波以光速传播。因此，麦克斯韦方程组不仅是电磁学的基本定律，也是光学的基本定律。

他的《电磁学通论》（Treatise on Electricity and Magnetism，1873）是20世纪前继牛顿的《自然哲学的数学原理》之后，首屈一指的物理学巨作。

牛顿的经典力学为人类机械时代铺平了道路，而麦克斯韦的电磁学则为人类打开了电气时代的大门。

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出版概况

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西弗勒斯·斯内普

（扮演者：艾伦·里克曼）

艾伦·里克曼（Alan Sidney Patrick Rickman ），1946-02-21生于伦敦汉默史密斯，英国皇家艺术戏剧学院副主席、舞台剧演员、电视演员、**演员、导演、编剧、经理人、配音员。

中文人名 艾伦·里克曼

台湾译名 艾伦·瑞克曼

英文全名 Alan Sidney Patrick Rickman

出生日期 1946-02-21

星座 双鱼座

身高 六尺一寸（186米）

出生地点 Hammersmith, London, England, UK

家中排行 第二

婚姻状况 未婚 （女友是Rima Horton）

早期生活

里克曼出生在伦敦汉默史密斯（Hammersmith）的一个工人阶级家庭。他的母亲，玛格丽特·多林·罗丝（Margaret Doreen Rose）是威尔士人，她是卫理公会派教徒，家庭主妇。他的父亲，伯纳德·里克曼（Bernard Rickman）是爱尔兰人，他是天主教徒，工厂工人。（注1、注2）里克曼8岁时，他的父亲去世了，他的母亲一人抚养了四个孩子。她曾再嫁，但三年后便与里克曼的继父离婚。“在她生命中只有一段真爱” 。（注2）从汉默史密斯的拉提默中学（Latymer Upper School）毕业后，里克曼进入了切尔西艺术学院（Chelsea College of Art），并开始了他在苏豪（Soho）（注3）的画家之路。后来，他得到一份奖学金，于1972-1974年在皇家艺术戏剧学院（Royal Academy of Dramatic Art）学习。 就学期间，他靠为尼吉尔·豪森（Nigel Hawthorne）和拉尔夫·理查德森爵士（Sir Ralph Richardson）当化妆师养活自己。（注4）离校时，他已经获得了若干奖项，例如艾米莉·丽特奖（Emile Littler Prize）、福布斯·罗伯森奖（Forbes Robertson Prize）和班考夫特金质奖章（Bancroft Gold Medal）。从那以后，他成为了英国最杰出，最多才多艺的舞台演员和影视演员之一。

职业生涯

戏剧作品

在《哈利波特》中扮演的斯内普教授

从皇家艺术戏剧学院毕业后，里克曼在各种各样的英国定目剧团和试验剧团中工作过，他的作品包括在皇家宫廷剧院（Royal Court Theatre）演出的《海鸥》和斯努·威尔逊（Snoo Wilson）的《草寡妇》（The Grass Widow），曾三次出席爱丁堡国际艺术节。在皇家莎士比亚公司（Royal Shakespeare Company, RSC）工作时，他出演过《皆大欢喜》（As You Like It）等剧。 他在1985年皇家莎士比亚公司的作品《危险关系》（Les Liaisons Dangereuses）中担任男主角，给人们留下了特别深刻的印象。1986年，他扮演的角色被评论界和大众称为“优雅而无情的感情骗子”。1986年，当这部戏飘洋过海来到百老汇时，瑞克曼凭他在剧中的出色表现赢得了托尼奖的提名。 “你可以在表演中表达真心，或是说谎。你可以揭示你的内心，或是掩饰。所以，观众们认识到自己身上的一些东西，或是没有——你不会希望他们离开剧院时想着，‘还不错……出租车在哪儿？’” 在皇家艺术戏剧公司时，他和同事卢比·瓦克斯（Ruby Wax）共住一所房子。是里克曼帮助她开始写作戏剧，并导演了她的几部成功的作品。

电视作品

对于电视观众，他因扮演过20世纪80年代BBC的改编剧《巴切斯特传》（The Barchester Chronicles）中的斯洛普先生（Mr Slope）为人所知。

**作品

他在英国**中出演过浪漫剧角色（《理智与情感》（Sense and Sensibility）中的布兰登上校（Colonel Brandon）；《一屋一鬼一情人》（Truly, Madly, Deeply）中的杰米（Jamie）），他还是好莱坞**中顶尖的“恶棍”类型演员（《虎胆龙威》（Die Hard）中的德国恐怖分子汉斯·格鲁博（Hans Gruber），《侠盗王子罗宾汉》（Robin Hood: Prince of Thieves）中的诺丁汉郡长（Sheriff of Nottingham））。他在《虎胆龙威》中的角色被美国**协会评为**史上“100位最佳英雄/恶棍”的第46位。 里克曼在**《银河系访客》（Galaxy Quest）、《怒犯天条》（Dogma）和《真爱至上》（Love Actually）中表现出了非凡的喜剧天分。他因在《拉斯普廷》（Rasputin）中的表演赢得了1996年的金球奖和艾美奖，并且在1996年的《傲气盖天》（Michael Collins）中，他与利姆·尼森（Liam Neeson）合作，扮演了后来成为爱尔兰共和国总理和总统的埃蒙·德·瓦勒拉（Éamon de Valera） 还因在2004年上演的**《神迹》（Something the Lord Made）中扮演的阿尔弗雷德·布莱洛克医生（Dr Alfred Blalock）赢得艾美奖提名。他在《哈利·波特》（Harry Potter）中扮演了关键角色，魔药学教授西弗勒斯·斯内普（Severus Snape）教授。 2005年，里克曼在《银河系漫游指南》（The Hitchhiker's Guide to the Galaxy）中为机器人马文（Mavin）配音。巧的是，里克曼和在电视版和舞台版马文的扮演者大卫·勒纳（David Learner）都曾在皇家艺术戏剧学院学习。2006年，他出演了柏林**节开幕影片《雪饼》（Snow Cake）（与西格尼·韦弗（Sigourney Weaver）和凯利-安·莫斯（Carrie-Anne Moss）合作）和汤姆·泰奎尔（Tom Tykwer）执导的《香水：一个谋杀犯的故事》（Perfume: The Story of a Murderer）。

舞台剧作品

艾伦·里克曼曾出演尼奥·考沃（Noel Coward）的浪漫舞台喜剧《私生活》（Private Lives），该剧在伦敦阿尔伯瑞剧院（Albery Theatre）的演出非常成功，并转而在百老汇上演，演出一直持续到2002年9月。在这部赢得了托尼奖（Tony Award）的作品中，里克曼和他在《危险关系》中的老搭档林德塞·邓肯（Lindsay Duncan）和导演霍华德·戴维斯（Howard Davies）再度联手。 艾伦·里克曼

1998年10月20日至12月3日，他在伦敦奥利维剧院（Olivier Theatre）上演的剧作《安东尼和克莉奥帕特拉》（Antony and Cleopatra）中出演马克·安东尼（Mark Antony），和扮演克莉奥帕特拉（Cleopatra）的海伦·米伦（Helen Mirren）演对手戏。在此之前，他于1991年出演了在伦敦西区上演的蜷川幸雄作品《冬末探戈》（Tango at the End of Winter），以及罗伯特·斯图拉（Robert Sturua）导演，河畔工作室（Riverside Studio）出品的《哈姆雷特》（Hamlet）。他于1995年，在伦敦艾尔美达剧院（Almeida Theatre）导演了《冬日访客》（The Winter Guest）。他还在1996年导演了该剧的**版，由艾玛·汤普森（Emma Thompson）和她真实生活中的母亲主演。

音乐剧作品

里克曼也出演了几部音乐作品——其中最值得一提的就是由英国作曲家亚当·莱昂纳德（Adam Leonard）所作的一首歌曲。此外，在专辑《钟》（The Bell）里迈克·奥德菲尔德（Mike Oldfield）的作品《管钟II》（Tubular Bells II）中，他还作为“主持人”介绍了不同乐器。在2002年发行的莎士比亚十四行诗CD《当爱说话时》（When Love Speaks）中，里克曼是众多参与朗诵的艺术家之一。他还在得克萨斯组合（Texas）一支名为《需要》（In Demand）的音乐录影带中倾情出演。2000年8月，这支MV在欧洲MTV首度亮相。在音乐录影中，莎琳·斯皮特莉（Sharleen Spiteri）（得克萨斯组合的主唱）和里克曼共舞一曲探戈：这部MV被提名为全英音乐奖（Brit Awards）的最佳英国音乐录影。斯皮特莉谈到了选择里克曼出演的原因：“我想，必须得有个可以信赖的人，能扯掉我的外套，把我拉入探戈的节奏，所以我就想到了艾伦·里克曼！”

获得荣誉

1995，里克曼被《帝国》（Empire）杂志选为**史上100位最性感的影星之一（第34位），并在1997年10月“有史以来最出色的100位影星”中排名第59位。2003年，里克曼成为皇家艺术戏剧学院的副主席。他被《帝国》杂志评为50岁以上且在世的最伟大影星的第19位，并两度被好莱坞托尼奖提名为最佳（戏剧）男演员：一次是1987年，因《危险关系》获提名；另一次是2002年，因尼奥·考沃的《私生活》获提名。

“斯内普教授”

里克曼在根据JK罗琳（JKRowling）所著的《哈利·波特》改编的系列**中扮演阴险的魔法学校教授西弗勒斯·斯内普，该剧已拍摄完毕，第七部的上下部将分别于2010年11月和2011年7月上映。2007年，《娱乐周刊》（Entertainment Weekly）将他列为流行文化中最受喜爱的人物之一，认为在哈利波特**中，“他在屏幕上的时间可能并不长——但他拥有每一分钟”，并认为他能够“将每次简单的反驳转变为一场迷你贬损交响乐。”

导演作品

2005年4月，里克曼在伦敦皇家宫廷剧院导演了戏剧《我叫瑞切尔·柯利》（My Name Is Rachel Corrie），并赢得了剧迷选择奖（Theatre Goer's Choice Awards）的最佳导演奖。该作品是根据瑞切尔·柯利的书信等文字改编的。她是一位年仅23岁的美国女孩，2003年3月16日，被以色列的武装推土机碾死。该剧于2006年3月至6月在伦敦西区的剧场剧团（Playhouse Theatre）上演。2006年，该剧还曾在戈尔维艺术节（Galway Arts Festival）和爱丁堡艺术节上演。

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