智慧之窗: (偉人小傳) 麥克斯韋的電磁定律

2014年10月
文／石溪

與牛頓「力學定論」媲美的四個「電磁基本定律」方程式，是由麥克斯韋(James Clerk Maxwell, 1831-1879) 創立的。

◎慈父教成才

1831 年，麥克斯韋出生於英國愛丁堡近郊，父親約翰‧ 麥克斯韋是一位富有的莊主，但8 歲喪母的麥克斯韋，性格十分內向；他喜歡離群獨處，與麥氏莊園的田原、湖泊為伴。

約翰‧ 麥克斯韋是位敬虔的基督徒，不但以上帝的真道來引導兒子，還悉心發掘他的潛能，當發現兒子的數學天才後，便請專家來教他幾何和數理。麥克斯韋從小就表現出過人的才智，14 歲那年，在皇家科學雜誌發表有關數學的論文；16 歲進入愛丁堡大學，成績優異，在 19 歲離開愛丁堡大學前，已發表了兩篇論文，以至那些愛才如命的教授們，決定保送他到劍橋大學。

◎虔誠信聖經

1850 年秋天，他成為橋劍大學的學生，師從當時的數學名家霍普金斯、泰列等；1854 年，他以最高榮譽畢業於數學系。當時在校園裡，興起了對「進化論」的辯論，堅信《聖經》的麥克斯韋，是最激烈反對「進化論」的人物之一。

從劍橋畢業後，他曾到歐洲遊學，並潛心撰寫論文。 1856 年，他接受馬利斯卓大學(Marischal College) 的聘請，盼望就近照顧年老的父親，可惜他尚未就任，父親已安息主懷，令他有「子欲養而親不在」之痛。不久之後，他與校長的女兒嘉芙蓮‧ 杜華(Katherine M. Dewar) 結婚，夫妻恩愛、志同道合，是科學界鮮有的美滿良緣。後來馬利斯卓大學與帝皇大學(King College) 合併，他被調往倫敦的校園。

◎潛心電磁學

到倫敦帝皇大學擔任教授，是麥氏的一個重要轉捩點。當他到達倫敦後，就急不及待地去拜見法拉第，並向他奉上自已《論法拉第路線焦點》一文。法拉第看到麥氏的論文，心情十分激動，因為沒有人能對他的發明，作出如此透徹的見解。他鼓勵麥氏在電磁學上發展，並鼓勵他突破自己，在學術上更上一層樓。

麥克斯韋不負所望， 1864 年他向皇家科學院，提交了《電磁感應的動態原理》，文中以四個方程式，清楚明瞭地把令人困惑的現象，轉化為一個綜合理論。這組方程式，精密到當時已知及未來發現的電磁學，都可以通過這些方程式推導出來。它不但是電磁學的方程式，亦同時是光學的方程式，當時麥氏透過實驗，推算出電磁波的速度，約為每秒18.6 萬英哩，與光速相近，因此大膽指出，光是由電磁波構成的。

◎波外還有波

另外他又指出，還有其他電磁波，它的頻律和波長與光波不同。他的「預言」於1888 年被德國物理學家赫茲證實；1894 年意大利的馬可尼，利用這些不可見的電磁波，發明了無線電通訊；現在的無線電視，也是透過麥氏的方程式發明的。除了電磁學方面的成就，麥氏發明了《氣體分子運動理論》、《色彩視覺理論》等。

1865 年他因體弱多病退休，回到麥氏莊園，在安祥的生活中繼續科學研究；1871 年接受嘉雲迪殊大學(Cavendish) 的教職，成為該校第一位物理學教授，並設立了著名的嘉雲迪殊研究所。1879 年秋天，他被診斷患上癌症，同年11 月5 日息勞歸主，他最後的話是：「天父求祢看顧我的妻子！」可見他對天父的信心。