被忽视的巨人——麦克斯韦

在对麦克斯韦去世以来科学家、科学史家和科学哲学家出版和发表的各种传记、专著、论文和纪念文章进行概略性整理的基础上,介绍国外麦克斯韦研究的基本情况和主要研究者,并对目前国际麦克斯韦研究中几个值得关注的论题进行讨论.     

麦克斯韦的科学研究方法探究

该文从麦克斯韦主要的电磁理论研究工作入手,对他在电磁理论研究工作中所蕴含的科研方法进行了探索,归纳出仍适合于今天科学工作者使用的类比法、综合法、数学方法和对称性方法等的科研方法。     

麦克斯韦方程组的研究

库伦电场强度E＆（=q＆／4丌Er。）与外电源的直流电场强度E大不相同。麦克斯韦方程组由四个方程式组成,其中divD=10和curlH=．厂＋aD／at中的D是不相同的。前者为库伦电位移D4（一g4／4ar。）,它与电介质的电容率￡无关;后者仅仅为真空媒质中的电通密度D。（=e。E）,它与非稳态外直流电源的脉动电场成份有关。把两种不同的D和D。不加区分地捏合在一起,统一用D来表示是不妥的。此方程组的内在矛盾仍然直接影响着如何来定义当代的（绝对）电容率。（绝对）电容率的定义是根椐D=匝呢？还是D自=eE。当代（绝对）电容率的定义需要修改。divD=p和curlH=．,＋aD／at也需要分别找到它们自身应有的表达式。     

论“场”和“源”的统一——再论麦克斯韦方程组的意义

通过对电磁场的特性、圆形平行板电容器的位移电流的磁场讨论,及电磁场发展过程的回顾,说明了“场”和“源”应该是统一的。     

麦克斯韦方程的几何表述法

本文在采用微分几何中的度量与外导数概念的基础上,借助于法拉第张量及完全自由的坐标系统,给出了麦克斯韦方程在任何流形中都具有的更为简化和更为普遍的几何表述形式,给出了电荷是一种拓扑结构的几何意义,同时也给电荷的定义一种新的解释;并探讨了在磁单极子存在时的麦克斯韦方程的几何形式.最后通过对矢势与平面电磁波的讨论,证明了由几何表述所导出的结论与用微分表述所得结论完全一致,且前者给出了较后者更为清晰简明的几何图象.     

谈物理学的统一美

当我们谈到科学的时候,总是上到天文,下到原子,津津乐道的谈夸克,心有余悸的谈核辐射,物理,这门神奇的学科,到底靠着什么吸引着大家呢？本文以19世纪电磁学高速发展的黄金时期中的一位伟大的物理学家麦克斯韦统一电磁理论为主线,从物理学的一个美学特性——统一美来阐述物理学之美,同时在文中感受物理学家的伟大人格。     

螺旋磁——对麦克斯韦方程的修正

矢量磁和螺旋磁是磁能传播的两种基本形式,既往的研究对螺旋磁无知,造成电磁基本物理参量的缺失,并使麦克斯韦方程成为不封闭的超定方程。该文提出螺旋磁概念,引入螺旋磁散度公式,使麦克斯韦方程组得以封闭,推导了矢、螺复合的电磁波方程。     

电弱理论

电弱理论是把自然界中的两种基本作用力，即弱相互作用和电磁相互作用统一起来的理论。物理学理论取得的这一突破陛成就，可以与当年麦克斯韦把电与磁统一在一起，建立起电磁学理论相比。电弱统一理论给出了大量的预言，它们都为实验所精确证实。本书简明地介绍了这一理论的结构及其在各方面的应用。     

一种基于麦克斯韦电磁力的证据冲突表示方法

D-S(Dempster-Shafer)证据理论是处理不确定信息的有效方法,但仍然存在着证据之间的冲突问题。引入麦克斯韦电磁力理论,将证据理论中不同证据之间存在冲突与融合的问题转换为电磁力理论下的电磁斥力与电磁引力问题,该转换提出了一种新的证据间距离的量化方法。其中,在传统的冲突系数中引入了证据距离因素,并提出了一种新的证据冲突表示方法,提高了冲突系数的灵敏度。仿真结果表明,该方法在故障诊断中的识别率比传统方法更高,证明了本文所提方法的正确性和有效性。     

早逝的天才数学家——伽罗瓦

本文简要回顾了伽罗瓦短暂的人生历程,其中包括他艰难的求学道路。开创性的研究工作以及他与命运的几次抗争,这对当代青年将会有所教益。     

电磁学的发展历程及其奠基人法拉第

作为19世纪最伟大的实验物理学家,法拉第同时又是杰出的化学家和自然哲学家,他在电磁学方面的卓越建树,更是足以媲美伽利略、牛顿对力学的贡献,具有划时代的巨大意义。法拉第发现了电磁感应现象,确定了电磁感应基本规律,从而制成了世界上第一台发电机。由于他对电化学的巨大贡献,人们用他的姓的缩写——"法拉"作为电容的单位。     

科学家同时观察到光的波粒二象性

关于光是粒子还是波的争论由来已久,甚至可以追溯到科学最初萌芽的时候。牛顿提出了光的粒子理论,而麦克斯韦的电磁学理论认为光是一种波。到了1905年,爱因斯坦提出光是由称为“光子”的粒子组成,借此解释了光电效应。光电效应的发现对物理学影响深远,并为后来量子力学的发展作出了重大贡献。     

论“场”和“源”的统一——再论麦克斯韦方程组的意义

通过对电磁场的特性、圆形平行板电容器的位移电流的磁场讨论 ,及电磁场发展过程的回顾 ,说明了“场”和“源”应该是统一的     

伤不起的天才

正天才都是些智商(IQ)超群的人,但他们的情商(EQ)和逆境商数(AQ)却未必很高,甚至远远低于常人。有的天才因此在人生特别不如意时选择自杀,为这个世界留下了莫大的遗憾。路德维希·玻尔兹曼(Ludwig Boltzmann)是奥地利有史以来最伟大的科学家之一,在热力学和统计物理学领域做出了奠基性的贡献,其中包括玻尔兹曼常数、玻尔兹曼分布和玻尔兹曼方程。他出生于1844年2月20日,19岁那年考入维也纳大学,22岁获得物理学博士学位,25岁成为奥地利格拉茨大学正教授,43岁被任命为格拉茨大学校长。玻尔兹曼在格拉茨不仅事业有成,而且收获了甜蜜的爱情,组建了幸福的家庭,共育有二子三女。可惜智商极高的他却在晚年卷入了与哲学家的论战而不能自拔,最终由于性格和情商的缺陷输给了自己。     

战略科学家的成材之路对当代教育的启示——以钱伟长院士为例

钱伟长院士是中国近代力学、应用数学的奠基人之一,以他的名字命名的成果有“钱伟长方程”、“钱伟长一般方程”、“钱伟长方法”等。在他培养的众多学生中,涌现出了郑哲敏、刘人怀、胡海昌、梁思礼等院士。他的学习经历和不断突破自我的创新精神,以及从战略高度思考学科发展的思想意识,对当代教育具有重要启示。     

无线电波的发现者——赫兹

19世纪下半叶的德国已成为世界科学中心,在物理学界可谓人才济济、群星灿烂。海因里希·鲁道夫·赫兹（HeinrichRudolfHertz）正是这个科学家群体中一颗光彩照人的巨星。他既有渊博的知识,又具有融实验家和理论家为一体的非凡天才,在其所涉猎的诸多领域中,都做出了杰出而伟大的贡献。     

2012年诺贝尔物理学奖研究成果——开辟了量子物理学实验领域的新时代

法国科学家塞尔日·阿罗什(Serge Haroche)与美国科学家大卫.维因兰德(David Wineland)因发现测量和操控单个量子系统的突破性实验方法,共同分享了2012年诺贝尔物理学奖。塞尔日·阿罗什和大卫.维因兰德独立地发明并拓展出能够在保持个体粒子的量子力学属性的情况下对其进行测量和操控的方法,而这在之前被认为是不能实现的。     

姗姗来迟的电磁感应

栏目主持人王渝生,科学史家,科普专家,研究员;第十届全国政协委员,中国科技馆原馆长,北京市科协副主席;著有《自然科学史导论》、《科学寻踪》、《科技百年》、《中国算学史》等,荣获国家图书奖、中国图书奖、20世纪科普佳作奖等。