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  • Maxwell

    Maxwell(物理學家)

           麥克斯韋(英語:James Clerk Maxwell,1831年6月13日-1879年11月5日),生于愛丁堡,卒于劍橋,蘇格蘭理論物理學家和數(shù)學家。經(jīng)典電動力學的創(chuàng)始人,統(tǒng)計物理學的奠基人之一,在物理史上足以與牛頓、愛因斯坦齊名。麥克斯韋在蘇格蘭的鄉(xiāng)間長大,8歲時母親即因癌癥過世,與父親關系融洽密切,10歲進入 Edinbough Academy 就讀,認識終生的好友化學家 Tate(他是結表的制作人)。麥克斯韋最偉大的成就是用一組方程數(shù)學公理化的方法把經(jīng)典電磁學理論形式化、系統(tǒng)化,把前人互補相關的觀測、實驗、和電學、磁學、光學的方程,融合成一個自洽的理論,即麥克斯韋方程組。麥克斯韋在電磁學上取得的的成就被譽為繼艾薩克·牛頓之后,“物理學的第二次大統(tǒng)一”。


    人物簡介

    戚某曰,“Maxwell,精得像鬼一樣的!

    十四歲時,Maxwell就在愛丁堡皇家學會發(fā)表了他第一篇數(shù)學論文討論卵形線(oval)與多焦點曲線,展現(xiàn)了他驚人的數(shù)學天賦。

    1847年,Maxwell(與Tate)進入愛丁堡大學就讀,他持續(xù)發(fā)表數(shù)學與物理的論文,并廣泛閱讀Cauchy、Fourier、Monge、Newton、Poisson、Taylor的著作。1850年他進入劍橋大學三一學院(TrinityCollege),據(jù)他的數(shù)學老師Hopkins說Maxwell是他在劍橋見過的資賦優(yōu)異生(包括Tate、Stokes、Thomsom、Cayley)中的最優(yōu)異者。

    1854年Maxwell畢業(yè)獲選為三一學院的fellow,1856年因父親生病,他申請回蘇格蘭Marischal學院任教。在這里,他完成他著名的土星環(huán)研究并因此獲得Adams獎。他預測,如果土星環(huán)要穩(wěn)定則它必然是由許多微小固體所構成,這個預測要等到二十世紀末旅行者(Voyager)太空船到達土星才證實。另外,在這段期間,他也完成他著名的色彩理論。

    1859年,聲望如日中天的Maxwell申請愛丁堡大學教職,卻敗于好友Tate之手,1860年他受聘為倫敦國王學院(King’sCollege)的自然哲學與天文教授,開始他學術上豐碩的六年:

    Maxwell

    (1)1864年,在〈DynamicalTheoryofTheElectricField〉中,Maxwell提出描述電磁場之Maxwell方程,用四個偏微分方程概括一切電磁現(xiàn)象,事實上他由此計算出電磁波傳遞的速度等同于光速,因此斷言光是一種電磁波。這個發(fā)現(xiàn),是愛因斯坦思考狹義相對論的重要背景。另外,23年后,Hertz在實驗室中證實Maxwell的預測造出無線電波,開啟了二十世紀這個無線電時代。

    (2)在〈IllustrationsofDynamicalTheoryofGases〉中他開始發(fā)展現(xiàn)代氣體動力論的想法,用微觀分子的統(tǒng)計行為解釋宏觀的氣體性質(zhì)。1866年他與Boltzmann獨立地獲得所謂的Maxwell-Boltzmann分布定律。后來他考慮熱力學的統(tǒng)計解釋,導致有名的「Maxwell精靈」詭論,并啟發(fā)后世關于熵與訊息的關聯(lián)。

    1865年,Maxwell辭去了國王學院的教職,1871年才又接受劍橋大學聘任為物理系的Cavendish教授。Maxwell是一個對實驗相當在行的物理學家,在國王學院期間他曾經(jīng)督導測量電磁單位的實驗工作,在劍橋他受命設計并監(jiān)督知名的卡文迪許實驗室(Cavendish)的建造。

    1879年他的健康逐漸惡化,11月卒于劍橋,葬于英格蘭。

    1931年在Maxwell百年冥誕的紀念會上,愛因斯坦闡明Maxwell工作的重要性:

    (3)他的工作是自牛頓以來,物理學上影響最深遠與豐碩的工作。

    人物生平

    麥克斯韋1831年6月13日生于英國愛丁堡,1847~1850年于愛丁堡大學學習。1850~1854年進入劍橋三一學院攻讀數(shù)學。1856~1860年擔任阿伯丁郡的馬里查爾學院教授。1860~1865年在倫敦英皇學院執(zhí)教,并從事氣體運動理論的研究。1860年成為英國皇家學會院士。1871年任劍橋大學教授,創(chuàng)建并領導了英國第一個專門的物理實驗室卡文迪許實驗室。

    人物貢獻

    麥克斯韋的主要貢獻是建立了麥克斯韋方程組,創(chuàng)立了經(jīng)典電動力學,并且預言了電磁波的存在,提出了光的電磁說。麥克斯韋是電磁學理論的集大成者。他出生于電磁學理論奠基人法拉第提出電磁感應定理的1831年,后來又與法拉第結成忘年之交,共同構筑了電磁學理論的科學體系。物理學歷史上認為牛頓的經(jīng)典力學打開了機械時代的大門,而麥克斯韋電磁學理論則為電氣時代奠定了基石。1931年,愛因斯坦在麥克斯韋百年誕辰的紀念會上,評價其建樹“是牛頓以來,物理學最深刻和最富有成果的工作。

    主要成就

    麥克斯韋-玻爾茲曼分布

    麥克斯韋-玻爾茲曼分布是一個概率分布,在物理學和化學中有應用。最常見的應用是統(tǒng)計力學的領域。任何(宏觀)物理系統(tǒng)的溫度都是組成該系統(tǒng)的分子和原子的運動的結果。這些粒子有一個不同速度的范圍,而任何單個粒子的速度都因與其它粒子的碰撞而不斷變化。然而,對于大量粒子來說,處于一個特定的速度范圍的粒子所占的比例卻幾乎不變,如果系統(tǒng)處于或接近處于平衡。麥克斯韋-玻爾茲曼分布具體說明了這個比例,對于任何速度范圍,作為系統(tǒng)的溫度的函數(shù)。它以詹姆斯·克拉克·麥克斯韋和路德維希·玻爾茲曼命名。

    麥克斯韋方程組

    麥克斯韋方程組是英國物理學家詹姆斯·麥克斯韋在19世紀建立的一組偏微分方程,描述電場、磁場與電荷密度、電流密度之間的關系。它含有的四個方程分別為:電荷是如何產(chǎn)生電場的高斯定理;論述了磁單極子的不存在的高斯磁定律;電流和變化的電場是怎樣產(chǎn)生磁場的麥克斯韋-安培定律,以及變化的磁場是如何產(chǎn)生電場的法拉第電磁感應定律。從麥克斯韋方程組,可以推論出光波是電磁波。麥克斯韋方程組和洛倫茲力方程共同形成了經(jīng)典電磁學的完整組合。

    1865年,麥克斯韋建立了最初形式的方程組,由20個等式和20個變量組成。他在1873年嘗試用四元數(shù)來表達,但未成功。當代使用的數(shù)學表達式是由奧利弗·赫維賽德和約西亞·吉布斯于1884年使用矢量分析的形式重新表達的。

    麥克斯韋妖

    麥克斯韋妖是在物理學中假想的惡魔,能探測并控制單個分子的運動,于1871年由英國物理學家麥克斯韋為了說明違反熱力學第二定律的可能性而設想的。當時麥克斯韋意識到自然界存在著與熵增加相拮抗的能量控制機制。但他無法清晰地說明這種機制。他只能詼諧地假定一種“惡魔”,能夠按照某種秩序和規(guī)則把作隨機熱運動的微粒分配到一定的相格里。麥克斯韋惡魔是耗散結構的一個雛形。

    可以簡單的這樣描述,一個絕熱容器被分成相等的兩格,中間是由“惡魔”控制的一扇小“門”,容器中的空氣分子作無規(guī)則熱運動時會向門上撞擊,“門”可以選擇性的將速度較快的分子放入一格,而較慢的分子放入另一格,這樣,其中的一格就會比另外一格溫度高,可以利用此溫差,驅(qū)動熱機做功。

    這是第二類永動機的一個范例,忽略了對分子運行狀態(tài)進行判斷所需能量以及“門”開合所要消耗的能量,因此這個模型是不可能成立的。(但是,最新科技證明,這是可能成立的,因為這需要一些能量)

    麥克斯韋應力張量

    在電磁學里,麥克斯韋應力張量(Maxwell stress tensor)是描述電磁場帶有之應力的二階張量。麥克斯韋應力張量可以表現(xiàn)出電場力、磁場力和機械動量之間的相互作用。對于簡單的狀況,例如一個點電荷自由地移動于均勻磁場,應用洛倫茲力定律,就可以很容易地計算出點電荷所感受的作用力。但是,當遇到稍微復雜一點的狀況時,這很普通的程序會變得非常困難,方程洋洋灑灑地一行又一行的延續(xù)。因此,物理學家通常會聚集很多項目于麥克斯韋應力張量內(nèi),然后使用張量數(shù)學來解析問題。

    方程組

    麥克斯韋方程組是麥克斯韋(JamesClerkMaxwell)建立的描述電場與磁場的四個方程。方程組的微分形式,通常稱為麥克斯韋方程。在麥克斯韋方程組中,電場和磁場已經(jīng)成為一個不可分割的整體。該方程組系統(tǒng)而完整地概括了電磁場的基本規(guī)律,并預言了電磁波的存在。

    麥克斯韋提出的渦旋電場和位移電流假說的核心思想是:變化的磁場可以激發(fā)渦旋電場,變化的電場可以激發(fā)渦旋磁場;電場和磁場不是彼此孤立的,它們相互聯(lián)系、相互激發(fā)組成一個統(tǒng)一的電磁場。麥克斯韋進一步將電場和磁場的所有規(guī)律綜合起來,建立了完整的電磁場理論體系。這個電磁場理論體系的核心就是麥克斯韋方程組。

    麥克斯韋方程組在電磁學中的地位,如同牛頓運動定律在力學中的地位一樣。以麥克斯韋方程組為核心的電磁理論,是經(jīng)典物理學最引以自豪的成就之一。它所揭示出的電磁相互作用的完美統(tǒng)一,為物理學家樹立了這樣一種信念:物質(zhì)的各種相互作用在更高層次上應該是統(tǒng)一的。另外,這個理論被廣泛地應用到技術領域。

    分析軟件

    maxwell是主要建立在maxwell方程基礎上的,有限元分析軟件。

    MAXWELL2D:

    工業(yè)應用中的電磁元件,如傳感器,調(diào)節(jié)器,電動機,變壓器,以及其他工業(yè)控制系統(tǒng)比以往任何時候都使用

    得更加廣泛。由于設計者對性能與體積設計封裝的希望,因而先進而便于使用的數(shù)字場仿真技術的需求也顯著的增長。在工程人員所關心的實用性及數(shù)字化功能方面,Maxwell的產(chǎn)品遙遙領先其他的一流公司。Maxwell2D包括交流/直流磁場、靜電場以及瞬態(tài)電磁場、溫度場分析,參數(shù)化分極;以及優(yōu)化功能。此外,Maxwel2D還可產(chǎn)生高精度的等效電路模型以供Ansoft的SIMPLORER模塊和其它電路分析工具調(diào)用。

    MAXWELL3D:

    向?qū)降挠脩艚缑妗⒕闰?qū)動的自適應剖分技術和強大的后處理器時的Maxwell3D成為業(yè)界最佳的高性能三維電磁設計軟件?梢苑治鰷u流、位移電流、集膚效應和鄰近效應具有不可忽視作用的系統(tǒng),得到電機、母線、變壓器、線圈等電磁部件的整體特性。功率損耗、線圈損耗、某一頻率下的阻抗(R和L)、力、轉矩、電感、儲能等參數(shù)可以自動計算。同時也可以給出整個相位的磁力線、B和H分布圖、能量密度、溫度分布等圖形結果

    美國歌手

    全名Maxwell Rivera是位道地的紐約客,同時流有波多黎各和印地安血統(tǒng),雖然從小

    在教堂的唱詩班中演出,卻沒有讓Maxwell正視看待音樂這條路,一直折騰到 17歲,利用朋友送的廉價卡西歐鍵盤開始嘗試創(chuàng)作,受到80年代節(jié)奏藍調(diào)的影響,隨即一腳踏進音樂之途。1991年在紐約各大Club演出,經(jīng)過三年的琢磨,于1994年順利簽入Columbia國際唱片旗下。散發(fā)濃郁Neo-Soul媚惑情調(diào),靈韻穿繞如絲綢般超乎想像的舒適感受,贏得四座黑人音樂最高榮譽Soul Train獎項加冕、連續(xù)四屆的格萊美提名肯定。

    Maxwell是來自紐約的節(jié)奏藍調(diào)性靈歌手,以一頭蓬松的頭發(fā)及其浪漫感性、豐沛情感建構的音樂觀在樂壇卓然自成一格。96年步入樂壇發(fā)行首張專輯「Maxwellu2018s Urban Hang Suite」,旋即專輯與單曲「Ascension(Donu2019t Ever Wonder)」雙雙打入全美節(jié)奏藍調(diào)榜Top 10,并且獲得“滾石”雜志樂評票選為「最佳節(jié)奏藍調(diào)藝人」,”時代雜志”亦將這張專輯選做1996年十大最杰出專輯之一,進而榮獲葛萊美獎「最佳節(jié)奏藍調(diào)專輯」獎項的提名。而在97年“Soul Train(靈魂列車)”音樂獎中,Maxwell更是抱走叁項大獎:「最佳節(jié)奏藍調(diào)/靈魂樂男性藝人單曲」、「最佳節(jié)奏藍調(diào)/靈魂樂男性藝人專輯」,以及「最佳節(jié)奏藍調(diào)/靈魂或饒舌樂新進藝人」等。由于首張專輯的杰出表現(xiàn),使得Maxwell被視做九零年代末期Urban音樂最具代表性的人物。

    音樂作品

    熱門歌曲

    1Pretty Wings
    2Lifetime
    3This,Woman’S,Work
    4Ascension,(Don’T,Ever,Wonder)
    5Whenever,Wherever,Whatever
    6Sumthin’,Sumthin’
    7Whenever,Wherever,Whatever
    8Love,You
    9Cold
    10Noone
    11Bad,Habits
    12This,Woman’S,Work

    發(fā)行專輯

    專輯名稱發(fā)行時間
    BLACKsummers’night2009-7-1
    embrya1998-6-23

    TAGS: 數(shù)學家 咖啡 歌手 物理家
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