詹姆斯·克拉克·麦克斯韦的主要成就
他预言了电磁波的存在。这个理论被预言并被实验充分验证。他树立了一座物理学纪念碑。造福人类的无线电技术是在电磁场理论的基础上发展起来的。麦克斯韦在1855左右开始研究电磁学。在研究了法拉第关于电磁学的新理论和思想后，他坚信法拉第的新理论包含真理。于是他抱着为法拉第的理论“提供数学方法基础”的愿望，决心用清晰准确的数学形式表达法拉第的天才思想。
他在前人成果的基础上，对电磁现象进行了系统全面的研究，并以其深厚的数学造诣和丰富的想象力，先后发表了三篇电磁场理论论文:《论法拉第的磁力线》(从1855到1856)；物理学中的力线上(1861到1862)；电磁场动力学理论(1864 65438+2月8日)。全面总结前人和自己的工作，将电磁场理论以简洁、对称、完美的数学形式表达出来，经过后人的整理和改写，成为作为经典电动力学主要基础的麦克斯韦方程组。据此，他在1865中预言了电磁波的存在，它只能是横波，并推导出电磁波的传播速度等于光速。同时，他得出光是电磁波的一种形式的结论，揭示了光现象与电磁现象的关系。1888德国物理学家赫兹通过实验验证了电磁波的存在。
麦克斯韦在1873年发表了科学巨著《电磁理论》。对电磁场理论进行了系统、全面、完善的阐述。这个理论已经成为经典物理学的重要支柱之一。麦克斯韦对热力学和统计物理学也做出了重要贡献。他是气体动力学理论的创始人之一。1859年，他首次利用统计规律得到麦克斯韦速度分布定律，从而找到了从微观量计算统计平均值的更精确的方法。在1866中，他给出了一种新的按速度推导分子分布函数的方法，这种方法是建立在正反向碰撞分析的基础上的。他引入了弛豫时间的概念，发展了一般的输运理论，并将其应用于气体的扩散、热传导和内耗。“统计力学”这个术语是在1867中引入的。麦克斯韦是运用数学工具分析物理问题，准确表达科学思想的大师。他非常重视实验。由他建立的卡文迪许实验室，在他和其后几位主任的领导下，已经发展成为世界著名的学术中心之一。研究背景
他因列出了表达电磁学基本定律的四元素方程而闻名于世。在麦克斯韦之前的许多年，人们已经对电和磁这两个领域进行了广泛的研究，人们都知道它们是密切相关的。各种适用于特定场合的电磁定律已经被发现，但在麦克斯韦之前没有完整统一的理论。麦克斯韦可以用列出的简短的四元方程组准确描述电磁场的特性及其相互作用关系(但很复杂)。就这样，他把混沌现象总结成了统一完整的理论。一个世纪以来，麦克斯韦方程在理论和应用科学中得到了广泛应用。
优势
麦克斯韦方程最大的优点在于它的普适性，可以适用于任何情况。在此之前，所有的电磁定律都可以从麦克斯韦方程推导出来，很多之前无法求解的未知数也可以从方程推导的过程中找出。
这些新成就中最重要的是由麦克斯韦本人得出的。根据他的方程，可以证明电磁场周期振荡的存在。这种振荡叫电磁波，一旦发出，就会通过空间向外传播。根据方程，麦克斯韦可以表示电磁波的速度接近30万公里(65，438+086，000英里)/秒，麦克斯韦意识到这与测量的光速相同。由此，他得出了光本身是由电磁波构成的正确结论。
因此，麦克斯韦方程不仅是电磁学的基本定律，也是光学的基本定律。事实上，所有以前已知的光学定律都可以从方程中推导出来，许多以前未发现的事实和关系也可以从方程中推导出来。在此基础上，麦克斯韦认为光是频率在一定范围内的电磁波。这是对光的本质认识的又一重大进步。正是在这个意义上，人们认为麦克斯韦统一了光学和电磁学，这是19世纪科学史上最伟大的综合之一。
可见光不是唯一的电磁辐射。麦克斯韦方程表明，与可见光不同波长和频率的其他电磁波也可能存在。这些理论结论后来被海因里希·赫兹的公开演示所证明。赫兹不仅产生而且测试了麦克斯韦预言的看不见的波。几年后，Gaglielmo Marconi证明了这些看不见的电波可以用于无线电通信，于是无线电问世了。今天我们也用不可见光进行电视交流。x射线、伽马射线、红外线和紫外线是电磁辐射的其他例子。所有这些射线都可以用麦克斯韦方程来研究。
意义
麦克斯韦的主要贡献是建立了麦克斯韦方程组，建立了经典电动力学，预言了电磁波的存在，提出了光的电磁理论。麦克斯韦是电磁理论的大师。他出生于电磁学理论创始人法拉第提出电磁感应定理的1831年，后来与法拉第结下了难忘的友谊，与* * *共同构建了电磁学理论的科学体系。在物理学史上，牛顿的经典力学打开了机械时代的大门，而麦克斯韦的电磁理论为电气时代奠定了基石。早在1787年，拉普拉斯就把土星环算成了固体。当时他已经确定，土星光环作为一个均匀的刚性环，不会因为两个条件而坍缩。一个是它运行的速度平衡了离心力和土星引力，另一个是。
环的密度与土星的密度之比超过了0.8的临界值，以至于环的内外层之间的引力超过了离心力与不同半径处的引力之差。他之所以有这样的推论，是因为均匀环的运动在动力学上是不稳定的，任何破坏平衡的微小位移都会导致环的运动被破坏，使光环落到土星上。拉普拉斯推测土星环是一个质量分布不规则的固体环。
到了1855年，理论仍然停留在这里，而在此期间，人们观察到了一个新的土星暗环，进一步的分离现象，以及自200年前被发现以来环系统整体规模的缓慢变化。因此，一些科学家提出了一个假说来解释土星环的动态稳定性。这个假设是土星环是由固态流体和大量彼此不致密的物质组成的。麦克斯韦根据这个假设进行了讨论。他首先从拉普拉斯留下的实心环理论入手，确定了任意形状环的稳定性条件。麦克斯韦根据土星中心圆环引起的势列出了运动方程，得到了匀速运动时势的一阶导数的两个限制，进而从泰勒展开得到了关于稳定运动的二阶导数的三个条件。麦克斯韦将这些结果转化为关于质量分布傅里叶级数前三个系数的条件。所以他证明了几乎所有能想到的环都是不稳定的，除非有一个奇妙的特例。这种特殊情况意味着均匀环在某一点所携带的质量是剩余质量的4.43倍到4.67倍之间。但这种特殊情况下的固体环会在不均匀重力下坍缩，所以固体环的理论假设不能成立。时间著作名称备注1862《物理学中的磁力线》将磁场中的旋转假说从普通物质推广到了以太。他考虑了不可压缩流体深处旋涡的排列。正常情况下，各个方向的压力都是一样的，但是旋转产生的离心力使每个旋涡纵向收缩，施加经向压力，这正好模拟了法拉第的力线理论中提到的应力分布。由于每个涡旋的角速度与局部磁场强度成正比，麦克斯韦得到了与现有理论相同的关于磁体间作用力、恒定电流和抗磁性的公式。麦克斯韦根据对流体的观察实验，认为每个涡旋之所以能够同向自由旋转，是因为每个涡旋与它相邻的涡旋之间隔着一层微小的粒子，这些粒子与电完全一样。在1863中关于电学量的基本关系上，他推广了热论中傅立叶开始的程序，公布了与质量、长度、时间有关的电学量和磁学量的定义，从而提供了第一个最完整、最彻底的二进制电学单位体系的解释。他引入了成为标准的符号，将量纲关系表示为括号中质量、长度和时间度量的幂的乘积，有它们自己的无量纲乘数。在这一年，麦克斯韦发现了电磁量和光速之间的纯唯象联系。1865《电磁场动力学理论》为用光速解决纯唯象问题提供了新的理论框架。基于实验和几个普遍的动力学原理，证明了电磁波在空间的传播是会发生的，不需要任何关于分子涡旋或带电粒子间作用力的特殊假设。在这篇论文中，麦克斯韦完善了他的方程。他采用拉格朗日和汉密尔顿创立的数学方法，直接从方程中推导出电场和磁场的波动方程。波的传播速度是介电系数和导磁系数的几何平均值的倒数，正好等于光速。这个结果再次与麦克斯韦的计算完全一致。至此，电磁波的存在是肯定的。由此，麦克斯韦大胆地得出结论:光也是电磁波。法拉第当年关于光的电磁理论的朦胧猜想，经过麦克斯韦的缜密计算，变成了科学的推论。麦克斯韦在《电磁学通论》1873中比以前更彻底地应用了拉格朗日方程，推广了动力学的形式体系。麦克斯韦系统地总结了19世纪中叶前后人类对电磁现象的探索和研究轨迹，包括库仑、安培、奥斯特、法拉第等不可磨灭的成就，更详细系统地总结了自己创造性努力的成果和成就，从而建立了完整的电磁理论。