茶壶煮饺子笨女婿失去讲座实验加方程物理学登上高峰

上回说到法拉第通过实验发现电磁感应现象，并从直观的猜想出发提出了磁力线和电场的假设，但是他一时无法用实验去证实，便将这预言封了一条锦囊存入皇家学院地下室的文件柜里，专等知音上门。

一天他正翻着每天收到的一大叠学报、杂志，忽然眼前一亮，一篇论文的题目跳进眼帘：《论法拉第的力线》。他就如饿汉捡着一块甜面包一样，一口气将那些字连标点都扫了个精光。这确实是一篇好论文，是专门阐述他的发现、他的思想的，而且妙在文章将法拉第充满力线的场比作一种流体场，这就可以借助流体力学的成果来解释；又把力线概括为一个矢量微分方程，可借助数学方法来描述。法拉第从小失学，未受正规学校训练，最缺的就是数学，现在突然有人从数学角度来为他帮忙，真是如虎添翼。他忙看文章的作者是谁，却是一个陌生的名字：詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（1831～1879年）。从这一天起他就打听这个作者，但是就如这篇论文突然出现一样，作者也突然消失，真是来无影去无踪。法拉第只好望着天花板叹气了。

而此刻的麦克斯韦正在匆匆赶回家的路上。他本是在伦敦剑桥大学毕业后留校工作的，但是前几天突接家里来信，说父亲病重，便放下手头的工作赶回老家来了。

麦克斯韦从小就才气过人，尤其在数学上堪称天才。15岁那年，中学还未毕业就写了一篇讨论二次曲线的论文，居然发表在《爱丁堡皇家学会学报》上，16岁考进爱丁堡大学。一次上课，他突然举手站起，说老师在黑板上推导的一个方程有错，这位讲师也不客气地说：“要是你的对，我就叫他‘麦氏公式’！”不想这位老师下课以后仔细一算，果然是学生对了。爱丁堡大学实在容不下他这个天才，1850年父亲又把他送到出过牛顿、达尔文的剑桥大学。1854年他以数学优等第二名的成绩毕业，又对电磁学产生了浓厚兴趣。第二年即发表了《论法拉第的力线》。正当他才华初露要在这新领域里拓地夺标之时，忽得家信，父亲重病，便急急赶回家里来。

麦克斯韦为了尽孝，辞去了剑桥大学的职务，准备在离家不远的马锐斯凯尔学院任教。第二年父亲溘然长逝，他便到马锐斯凯尔学院上任，主持一个“自然哲学”的讲座。

不想这麦克斯韦虽满腹学问，却极不善辞令，茶壶煮饺子，有货倒不出。他第一次登台，说起话来如机枪扫射一般，一堂课的内容半节课就讲完，他以为已讲清的问题，学生却瞪目摇头，他再讲一次，学生的思维还是赶不上他的舌头。第一堂课就这样草草而过。他满头大汗，学生满肚子意见，校方虽还不好意思说什么却也露出不满。麦克斯韦从小学习拔尖，一直受老师同学的尊重，何曾尝过这种为人耻笑的滋味。第二天一早他就夹着几页讲义，跑到校园的小花园里对着一棵高大的刺玫瑰练习演讲。就是在这天，麦克斯韦邂逅了院长的女儿玛丽。自此，麦克斯韦天天起早，来这花园练演讲，玛丽也天天来这里看书陪练，三日两月，二人便渐生爱慕之心，于是指花为媒，暗订终身。院长喜爱麦克斯韦，事后也就欣然同意招他为婿。

1860年，马锐斯凯尔学院和另一家学院合并，麦克斯韦主持的讲座也被撤销，新的饭碗还不知在哪里。这时他的母校爱丁堡大学正要招一名自然哲学讲座教授，他连忙报名。同考的共有三人，论学问和名声，他自然会稳被录取。不想，最后竟因“口头表达能力欠佳”而落选了。于是麦克斯韦只好带着妻子又来伦敦投靠皇家学院。法拉第也终于如愿见到了自己的知音，两人一见如故。

法拉第经过几年的研究，已经证明了磁能变电，能变出电流，能变出电场。电流和电场还不一样，前者很明显能使导线发热，能电解水，叫传导电流。后者虽也有电流的某些性质，但很不明显，聪明的麦克斯韦就给它起了一个名字叫“位移电流”。传导电流能激发出磁场，影响磁针偏转，那么这“位移电流”能不能激发出磁场呢？这不比那具体的有热感能击人的电，也不比那很明显能吸铁的磁，它们实在太不明显了，太玄秒了，法拉第实验了多少年还是没有找见他们的联系。正像一些微雕专家在一根头发丝上能刻一首诗一样，他早已不靠眼而只靠感觉来创作了，事情往往到极微妙的程度时不是用实验而是用推理来决定了。这个难题果然由麦克斯韦用数学公式推导出来了。1865年，麦克斯韦发表了一组描述电磁场运动规律的方程。他证明变化的磁场可以生成电场，变化的电场又可生成磁场，这比法拉第的“磁性能生成电流，电流生成磁性”又高一筹了。磁场→电场→磁场→电场，这两个场的作用不断运动着，并不是像牛顿力学描述的那样的真空超距作用。法拉第的预言得到了最完美的阐述和严密的数学证明。而且更妙的是麦克斯韦用自己的方程居然推出了电磁波的速度正好等于光速，这又证明光是一种磁波。光学和电磁学在这里汇合了。当年牛顿和胡克、惠更斯为了光的本质发生一场多么伤感情的争吵啊，今天才回到真正的统一。

法拉第毕竟比第谷更幸运。他看到自己理论的完善，看到了接班人的业绩。在电磁理论确立后的第二年——1867年，这位电磁学的开山鼻祖满意地离开了人世。而麦克斯韦在1865年发表公式后，就立即隐退到乡间老家的庄园里，闭门谢客，写作详细阐述这一理论的《电磁学通论》。8年后，这本可以和牛顿1687年出版的《自然哲学》媲美的巨著终于出版。牛顿筑起一座经典力学的大厦，而麦克斯韦则盖起一座经典电磁学的高楼。物理学经过186年的艰难攀登，终于又跃上了一个高峰。

（摘自《数理化通俗演义》 同心出版社 图/陈明贵）

本栏编辑：徐莉莉