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作者本人,这一次却不是。因为考虑到麦克斯韦实在太年轻了,论文是由一
位教授代读的。
麦克斯韦不但是个少年科学家,而且还是个小诗人。有趣的是,历史上
不少著名的科学家都能做诗。罗蒙诺索夫常常把写诗当做消遣,他的颂歌很
受叶卡德琳娜女皇青睐。因为这个缘故,罗蒙诺索夫几次幸免于政治迫害。
化学大师戴维也是一位诗歌高手,只是因为他在科学方面的成就非常大,他
的诗歌创作的光华才被掩盖了。麦克斯韦的诗歌,成就虽然不及罗蒙诺索夫,
却也自成一格。他的诗常被同学传抄、朗诵。麦克斯韦一生都没有放弃过写
诗的爱好,不过,他却从来没有想过要当一个诗人。他的诗多半是即兴的作
品,他常常在亲友们欢聚的时候给他们朗读自己的诗。诗的内容,有不少是
科学题材。
麦克斯韦在中学时代,还喜欢玩陀螺。它类似我国儿童玩的那种陀螺,
玩的时候用绳子不断地抽打,陀螺就不停地在地上旋转。据说他一生都爱玩
陀螺,还教他的许多朋友玩过。另外,对一种叫做活动画筒的玩具,他也有
强烈的兴趣。麦克斯韦的这两种爱好,不单纯是为了娱乐,主要还是为了探
索科学的道理。这两种玩具的原理,后来都被他应用到科学上去了。
1847年秋天,十六岁的麦克斯韦中学毕业以后,考进了苏格兰最高学府
爱丁堡大学,专门攻读数学和物理学。他是班上年纪最小的学生,坐位在最
前排,站队总是在最后,书包里揣着陀螺和诗集。这个前额饱满、两眼炯炯
有神的小伙子,很快就引起了全班的注意。他不但考试名列前茅,而且经常
对老师的讲课提出问题。有一次,他指出一位讲师讲的公式有错误。那个讲
师起初不相信,回答说:“如果是你的对了,我就把它称做麦氏公式!”讲
师晚上回家一验算,果然是自己讲错了。
到大学二年级的时候,麦克斯韦掌握的知识已经相当广泛了。除了学习
必修的功课,他还开始自己搞研究,选题范围涉及光学、电化学和分子物理
学三个领域。这对锻炼他独立思考的能力起了很好的作用。不久,他在《爱
丁堡皇家学会学报》上又发表了两篇论文。一位赏识他的物理教授,还特许
他单独在实验室做实验。
爱丁堡大学给麦克斯韦留下了良好的回忆。在这里,他获得了登上科学
舞台所必需的基本训练。但是,三年以后,对麦克斯韦说来,这个摇篮显得
狭小了。为了进一步深造,1850年他在征得父亲的同意以后,离开了爱丁堡,
① 笛卡尔,十七世纪法国著名数学家、物理学家和哲学家,曾经创立解析几何,在物理学上也有很大贡献。
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转到人才辈出的剑桥大学学习。
利器在手
剑桥大学创立在1209年,是英国首屈一指的高等学府,有优良的科学传
统。牛顿曾经在这里工作过三十多年,达尔文 (1809-1882)也是在这里毕
业的。十九岁的麦克斯韦初到剑桥大学,一切都觉得新鲜,他几乎每天都和
父亲通信,报告自己的见闻、感想和学习收获。第二年,他由于考试成绩优
异,获得了奖学金。当时,大学生大多数都是自费,获得奖学金的总是最勤
奋的学生。按照规定,获得奖学金的学生都在一起吃饭,因此,麦克斯韦结
识了一群有为的年轻人,他逐渐克服了少年时代的孤僻,活跃起来。不久,
他被吸收加入了一个叫做“使徒社”的学术团体。这个团体又叫做“精选论
文俱乐部”,专门评选学生中最优秀的论文。有意思的是,“使徒社”的名
称是根据 《圣经》取的。因为耶稣只有十二个门徒,“使徒社”也只能由十
二个成员组成,所以整个剑桥大学每届只能有十二个学生属于这个团体。这
个团体实际上是一个小小的“皇家学会”,必须是最出类拔萃的学生才有资
格参加。
这个时期,麦克斯韦专攻数学,读了大量的专著。他的学习方法,不象
法拉第那样循序渐进,井井有条。他读书不大讲究系统性,有时为了钻研一
个问题,他可以接连几周其他什么都不管;而另一个时候,他又可能碰到什
么就读什么,漫无边际,象一个性急的猎手,在数学领域里纵马驰骋。
课后,“使徒社”的成员们常在一起讨论各种问题。他们很欣赏麦克斯
韦即兴创作的诗,但是要和他对话却很困难,因为麦克斯韦说起话来,和他
读书一样,常常是天马行空,前言不搭后语,一个题目还没有讲完,他又跳
到另一个题目上去了。他的思路过于敏捷,让人难以捉摸。再加上他还保持
着小时候的习惯,喜欢突然提一些奇怪的问题,比如“死甲虫为什么不导电
呢?”“活猫和活狗摩擦可以生电吗?”就更使人反应不过来了。有一次,
一位朋友同他到郊外散步。整个傍晚,大约都在讨论对某道难题的解法,麦
克斯韦不停地说着,对方生怕不能领会,听得很仔细,但是最后还是一句都
没听懂。麦克斯韦这种机枪式讲授法,给他后来当教授带来不少困难。他一
生都不被人理解。中学时候他的服装不被同学理解;大学时候他的语言不被
人理解;到后来,他的学说也是很长时间不被人理解。尽管“话不投机”,
社友们还是把他看做他们中间独一无二的人。麦克斯韦惊人的想象、闪电般
的思维能力、讥诮的诗句,把他们征服了。
这是一个奇才,需要名师指点,才能放出异彩。幸运的是,有个偶然的
机会,麦克斯韦果然遇上了伯乐,那就是剑桥大学的教授、著名数学家霍普
金斯。一天,霍普金斯到图书馆借书,他要的一本数学专著恰好被人先借去
了。一般学生是不可能读懂那本书的,教授有些诧异,向管理员询问借书人
的名字,管理员回答说:“麦克斯韦”。数学家找到麦克斯韦,看见年轻人
正埋头作摘抄,笔记上涂得乱七八糟,毫无秩序。霍普金斯不由得对这个青
年发生了兴趣,诙谐地说:“小伙子,如果没有秩序,你永远成不了优秀的
数学物理学家!”霍普金斯所说的数学物理学家,是指善于运用数学方法解
决理论问题的物理学家,通常也称做理论物理学家,需要在数学和物理学上
都有很高的造诣。从这以后,麦克斯韦成了霍普金斯的研究生。
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霍普金斯学问渊博,培养出了不少人才。有多方面成就的威廉·汤姆生
(就是著名的开尔文勋爵)和数学家斯托克斯 (1819-1903),都是他的门
下。麦克斯韦在导师的指导下,首先克服了杂乱无章的学习方法。霍普金斯
对他的每一个选题,每一步运算都要求得很严格。那时,麦克斯韦还参加了
剑桥大学的斯托克斯讲座。斯托克斯比他大十二岁,在数学和流体力学上都
有建树,他在数学上的重要发现在科学史上曾经有记载。经过两位优秀数学
家的指教,麦克斯韦进步很快,不出三年就掌握了当时所有先进的数学方法,
成了有为的青年数学家。霍普金斯对他的评价是:“在我教过的全部学生中,
毫无疑问,这是最杰出的一个!”
尤其重要的是,麦克斯韦不是一个抽象的数学家。这一点也要归功于他
的老师。历来的数学家有两派,一派以古希腊的毕达哥拉斯(约前580…约前
①
500)为鼻祖,认为世界的本原就是抽象的数,数学决定一切;另一派以十
七世纪的笛卡尔为代表,他指出数学是客观事物的定量反映,也是一种知识
工具。这位解析几何的创始人,曾经针对那些纯粹的数学家说:“没有什么
比埋头到空洞的数学和抽象的图形中更无聊的了。”这两种对立的态度,导
致人们对数学持有两种不同的看法。一种把数学看做纯粹的符号,为数学而
数学;另一种却把生动的物理学概念同数学结合起来了,把数学当成研究物
埋学的手段。霍普金斯和斯托克斯都属于笛卡尔派。
麦克斯韦受到他们的直接影响,很重视数学的作用。他一开始就把数学
和物理学结合起来。这一点对他以后完成电磁理论,是重要的。
1854年,二十三岁的麦克斯韦参加了数学学位考试。主考人是斯托克
斯,题目涉及曲面积分和线积分,难度很大。事后大家才知道,那是斯托克
斯刚发现的一个定理。这个定理后来对麦克斯韦的电学研究大有帮助。考试
结果,麦克斯韦获得了甲等数学优等生第二名。也就是这一年,他对电磁学
①
产生了浓厚的兴趣。法国浪漫主义作家乔治·桑(1804-1876)说过:“在
抽剑向敌以前,必须练好剑术。”麦克斯韦现在掌握了过硬的数学本领,他
是利器在手,只等冲锋了。
接过法拉第的火炬
麦克斯韦毕业以后留在学校工作。起初,他研究的课题是光学里的色彩
论。不久他读到了法拉第的《电学实验研究》,马上被书中新颖的实验和见
解吸引住了。当时学术界对法拉第的学说