作者：刘子景，来源：微科普网
詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(JamesClerkMaxwell)年6月13日生于爱丁堡的印度街14号。其父詹姆斯·克拉克是一名辩护律师，家境殷实，其母弗朗西丝婚前姓凯。他的伯父是第六代克拉克从男爵。“麦克斯韦”这一姓氏来自于与克拉克家族关系深厚的麦克斯韦家族，麦克斯韦的曾祖母即来自这个家族。而在他的父亲继承了该家族位于柯库布里郡的米德尔比的地产后，“麦克斯韦”被加在他的姓氏中。
麦克斯韦幼年随家人移居到建于他们家族米德尔比的领地上，占地公顷的格伦莱尔庄园。如画的风景，和睦的家庭，幸福的童年使他自幼就对这个世界萌生了难以抑制的好奇心。在年一封给他的姨母简·凯写的信中，他的母亲写到了自家孩子这种与生俱来的求知欲：“他对于门、锁、钥匙这些东西都非常感兴趣。“告诉我它为什么会这样?”“一直挂在他的嘴边”。麦克斯韦的母亲意识到自己孩子具有非凡的天赋，并承担起了麦克斯韦的启蒙教育，她为年幼的麦克斯韦介绍了西方古典音乐，绘画，诗歌，雕塑，教他背诵弥尔顿的《失乐园》，带他描摹着庄园内的各种美景。这位伟大的母亲却因胃癌在麦克斯韦8岁时离世。之后对于他的教育就由他的父亲和姨母简接手。
麦克斯韦10岁时他的父亲将他送到负有盛名的爱丁堡公学就读。这段时光对于麦克斯韦本人而言并不愉快，因为浓重的地方口音与简陋的服装，麦克斯韦一到学校便遭到了其他同学的孤立，万幸的是，麦克斯韦遇见了刘易斯·坎佩尔(LewisCampbell)以及彼得·格思里·泰特(PeterGuthrieTait)，三位志趣相近意气相投的年轻人就这样成为了彼此一生的挚友。在14岁时，麦克斯韦完成了他人生中的第一篇科学论文《卵形线》(OvalCurves)。这种卵形线曾经由笛卡尔首先研究过，但麦克斯韦的方法简洁又明确，麦克斯韦的父亲对此感到极为振奋，由于麦克斯韦年龄太小而被认为没有提交个人科学成果的资格，他父亲将这篇论文寄给了爱丁堡大学的自然哲学教授詹姆斯·大卫·福布斯，后者对此评价颇高，并将其呈示给爱丁堡皇家学会，麦克斯韦杰出的数学才能第一次得到展现。麦克斯韦年自爱丁堡公学毕业后进入爱丁堡大学就读，他认为爱丁堡大学的课程并不是很困难，他可以借此机会在课余时间学习自己感兴趣的知识。在此期间，尽管实验条件简陋，他还是投入大量精力于偏振光的研究上。麦克斯韦18岁时向爱丁堡皇家学会的会报提交了两篇论文。第一篇是《论弹性固体的平衡态》(OntheEquilibriumofElasticSolids)。另一篇是《滚线》(RollingCurves)，这位杰出的青年人开始逐渐崭露头角。年10月，麦克斯韦离开苏格兰前往剑桥大学，在这里麦克斯韦的非凡天赋终于有了展露之地，他师从威廉·霍普金斯(WilliamHopkins)，在数学与物理领域有了很深的造诣，最终以院系第二的成绩毕业，并获得了该年的史密斯奖。毕业后他先后在马歇尔学院与伦敦国王学院担任教授。
而这一时期正是物理学家们激情四射，大显身手的好时机，自从年奥斯特发现电流的磁效应之后，电与磁之间那堵在传统观念上牢不可破的墙壁就此摇摇欲坠，无数杰出的物理学家奔向这一领域。以法国科学家安培为例，尽管这位科学巨匠在此之前曾断言：“电和磁是相互独立的两种毫不相关的流体”，但在年后，没过多久，他就将电流磁效应的研究向前推进了一大步，获得了诸多成果。但这时有一个问题横在了当时各位物理学家面前，既然电流可以产生磁场，那么从对称性的角度，磁场也必然可以产生电流，当时有不少物理学家都有这种想法并想通过实验来验证这一点，但都以失败告终。也有不少人对这一观点产生了怀疑，但在当时担任英国皇家科学院院士的法拉第(MichaelFaraday)看来，磁与电必然满足哲学形式上的对称。在年8月31日，法拉第在一只软铁环上缠绕了两组线圈，根据他的实验日记记载，当法拉第把一段线圈与电源联通时，他意外发现在接通的一瞬间，另一端线圈下的磁针明显摆动了一下，然后又恢复到原位置。作为一个杰出的物理学家，法拉第敏锐地捕捉到这一奇特的现象，他意识到自己先前的观点出了问题。按照一般的思路，稳恒的电场可以产生磁场，那么反过来稳恒的磁场也一定可以产生电场，但自然界不喜欢死板的对称，至此他才明白电磁感应是一种瞬时性效应，之后的研究如同砍瓜切菜一般自然，法拉第按照这个思路又做了一系列实验并从中总结出了一条重要的实验定律，为了纪念法拉第的杰出贡献，后人将此命名为法拉第电磁感应定律。
电与磁的联系至此揭开了它那神秘的面纱，绝美的面容第一次展现在了世人眼前。尽管法拉第这位伟大的科学家出生贫寒，但他勤奋好学的精神与数十年的丰富科研经验让他已经走出了属于自己的道路，对于物理学尤其是实验物理有着准确独到的见解。由于早年没有接受正规的高等教育，使得这位大师在数学表达上稍有欠缺，在他的著作中我们可以很明显的感受到，法拉第一直在回避使用复杂的数学符号，这使得他的文章缺乏严密的数理逻辑，但是作为物理学家，他以冠绝当世的思想启迪着后世。现在，电磁学的地基已经夯实，就等另一位杰出的大师在其上大显身手，构建起屹立不倒的宏伟大厦了。
当麦克斯韦还在剑桥大学读书时，就曾在图书馆中通读过法拉第的《电磁场通论》，年轻的麦克斯韦意识到虽然由于缺乏数学手段的帮助，法拉第的一些表述并不是很清楚，但其中蕴含的某种思想却熠熠生辉，在细细研究后，麦克斯韦认为法拉第关于“场”的概念在未来将变得极为重要，他坚信一定可以利用数学的手段弥补法拉第的不足。在伦敦国王学院任教时，麦克斯韦将自己长久以来的一些研究结果连同自己的手稿一同寄给了法拉第，希望听听这位前辈的看法。法拉第收到来信看见那些精美的公式后极为兴奋，当即回信道：
我亲爱的先生：
收到了您的文章我很感谢。我不是说我敢于感谢您是为了您所说的那些有关力线的话，因为我知道您做这项工作是由于对哲学真理感兴趣，您必定猜想它对我是一件愉快的工作，并鼓励我去继续考虑它。当我初次得知要用数学方法来处理电磁场时，我有不可名状的担心;但现在看来，这一内容竟被处理得非常美妙。
麦克斯韦受到了极大的鼓舞，决心将法拉第以及前人的成果用自己的方式完美地展现在世人面前，这是他们也是自己应得的荣耀。麦克斯韦首先整理出了物理学界已有的结果，他注意到目前的所有成果都是基于静电场与静磁场，那么在一般情况下，这些公式是不是依旧适用呢?他大胆推导：
静电场散度已知，感应电场散度为0，因此，第一个方程可以写出来了。静电场散度为0，感应电场的散度法拉第前辈已经得到，所以，第二个方程也不难得到。磁场为无源场，第三个方程也显而易见。第四个是不是也和稳恒场的情况一样呢，麦克斯韦这样想到。但很快他就发现不对劲了。能量守恒作为至高定律是不会出错的，其数学形式意味着只有在稳恒情况下电流才会为零。第四个方程两边求散度后，在一般情况下，左边为0而右边不可能为0，数学不会是样的，是哪里出错了呢?麦克斯韦陷入了焦虑之中，明明就差一点，那顶桂冠明明就在眼前，触手可及时却又发现隔着一道万丈深渊!
现在看来，麦克斯韦方程组简直是神来之笔，那简直是神明在人间留存的痕迹，彷佛这一切本该是如此，但人世间哪有那么多理所当然的事呢。现在的我们已经难以想象当年的麦克斯韦是怎样获得灵感来解决这一问题的，麦克斯韦创造性的在第四个方程右边增添了一项电场关于时间的变化率,或许是麦克斯韦本人杰出的数学功底，或许是受到哲学中对称美学的启发,亦或者二者兼顾，第四个方程至此诞生。这意味着电与磁的界限将彻底消失不见，法拉第已经证明变化的磁场可以产生电场，那么变化的电场也可以产生磁场，他惊讶的发现电磁场将以波的形式传播出去，形成电磁波并且速度接近光速，由此推断，光也是电磁波的一个分支，牛顿与惠更斯的光学规律完全可以靠已得到的方程组得出。
跨时代的发现令麦克斯韦欣喜若狂，他立即将他的成果整理并发表出来，可惜的是，天才的思想是如此惊世骇俗，以至于整个物理学界对此嗤之以鼻，他们认为这几个方程都是无聊的数学游戏。麦克斯韦本人因此深受打击，他决心自己设计实验来验证自己的猜想，但很快他便遇见了当初与法拉第类似的困难。相较于对理论的轻车熟路信手拈来，他本人并不擅长实验，在经历了多次失败后，只能无奈放弃了这一研究，最终在年11月5日因胃癌在剑桥逝世，享年48岁。在他去世时，这项划时代的发现似乎已被人们遗忘，没有人再提起这些方程，他闭眼的那一刻或许也极为不甘吧。而有意思的是，就在这一年，物理学的另一位宗师爱因斯坦在德国一户贫苦的犹太人家中诞生，物理学就这样一步步地艰难前进。
直到年，这场盛宴由德国物理学家赫兹带来了尾声，他利用电火花实验巧妙地证实了电磁波的存在，至此现代信息社会才开始真正起步，人们也终于意识到了麦克斯韦的伟大之处，他得到了他本该早早得到的荣誉。玻尔兹曼曾赞叹道：是哪位神明写出了这些符号?杨振宁先生就曾指出：麦克斯韦方程组的重要性无论怎样都不会过分，麦克斯韦方程就是电磁论。
在许多人的印象中，物理学家或是数学家都古板至极，每天沉浸在一堆旁人看不懂的符号中，严苛到不近人情，完全不懂得欣赏与享受。但需要注意到的是，近现代以来所有取得杰出贡献的巨匠们，几乎都对艺术情有独钟，牛顿本人就是一位哲学与艺术大家，麦克斯韦在爱丁堡公学就读时获得了校内的数学奖和英语以及诗歌的一等奖，爱因斯坦拉得一手小提琴。无论是牛顿三定律自诞生起那种天上地下唯我独尊的气势，还是麦克斯韦方程组清水出芙蓉天然去雕饰的那种美感，抑或是爱因斯坦相对论奇妙诡异却又优雅非凡的独特气质，所有伟大的科学成就是多种思维方式组合的产物，物理学家对于美的追求贯穿了科学史的始终。
对故人最好的纪念，就是沿着他们开辟的道路继续前进。或许在未来不断有新的理论产生与消亡，未来也许有人会指着这些方程喊道：小道耳!但发现真理的过程本身就是一件极其幸福的事，至于结果如何，那就只能交给时间来评判了。
作者简介：刘子景，年出生，甘肃静宁人，现就读于兰州大学核科学与技术学院。
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