爱因斯坦在普林斯顿高等研究所工作多年,在他的办公室墙上,挂着三个人的画像,他们分别是牛顿、法拉第和麦克斯韦,这是他心目中最为崇敬的三位巨匠。
1873年,麦克斯韦的辉煌巨著《电磁学理论》出版了。麦克斯韦总结前人的成果,将全部电磁学理论用简明、对称、完美的数学形式表达出来,这就是成为经典电动力学基础的麦克斯韦方程组。至此,宏观世界纷繁复杂的电磁现象,全部归纳到了这组方程之中,没有一个电磁现象能逃脱出这组方程之外。从这组方程出发,可以演绎出全部电磁规律来。
麦克斯韦方程组有两种表达方式
1. 积分形式的麦克斯韦方程组是描述电磁场在某一体积或某一面积内的数学模型。表达式为:
式⑤是全电流定律的微分形式,它说明磁场强度H的旋度等于该点的全电流密度,即磁场的漩涡源是全电流密度,位移电流与传导电流一样都能产生磁场。
式⑥是法拉第电磁感应定律的微分形式,说明电场强度E的旋度等于该点磁通密度B的时间变化率的负值,即电场的涡旋源是磁通密度的时间变化率。
式⑦是磁通连续性原理的微分形式,说明磁通密度B的散度恒等于零,即B线是无始无终的。也就是说不存在与电荷对应的磁荷。
式⑧是静电场高斯定律的推广,即在时变条件下,电位移D的散度仍等于该点的自由电荷体密度。
除了上述四个方程外,还需要有媒质的本构关系式:
这套完美、和谐又对称的方程堪称一个精美的杰作,它与牛顿力学方程式、爱因斯坦引力场方程、薛定谔方程、狄拉克方程一起,把物理学推向了最高境界,以最浓缩、最简洁的数学语言,包含了最丰富的内容,揭示了物理世界的基本结构,成为物理学中最壮丽的诗篇。
1931年,爱因斯坦在麦克斯韦百年诞辰的纪念会上,评价其建树“是牛顿以来,物理学最深刻和最富有成果的工作。
麦克斯韦在电磁学上取得的的成就被誉为继艾萨克·牛顿之后,“物理学的第二次大统一”。麦克斯韦被普遍认为是对二十世纪最有影响力的十九世纪物理学家。他对基础自然科学的贡献仅次于艾萨克·牛顿。
科学史上,称牛顿把天上和地上的运动规律统一起来,是实现第一次大综合,麦克斯韦把电、光统一起来,是实现第二次大综合。
综合自:图书《科学史上的365天》、麦克斯韦方程组百度百科
图书作者:魏凤文 武轶
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古希腊的灿烂文化在漫长的黑暗中世纪中埋没风尘,黯然失色。15世纪,文艺复兴的大旗飘扬在欧洲大陆上,自然科学获得新的生命,蓬勃成长。科学巨匠N.
我们都知道,牛顿是位伟大的科学家。为自然科学的发展做出了巨大贡献。那么,他的成就主要在哪些方面呢?先看看他在天文学方面的贡献。在牛顿之前
艾萨克丶牛顿爵士,英国皇家学会会长,英国著名的物理学家,百科全书式的“全才”,著有《自然哲学的数学原理》、《光学》,1706年受英国女王安娜封爵,晚年潜心于自然哲学与神学。
艾萨克·牛顿爵士是人类历史上出现过的最伟大、最有影响的科学家,同时也是物理学家、数学家和哲学家,晚年醉心于炼金术和神学。他在1687年7月5日发
社会在不断的进步和发展着,其中,科学便是一大助力。科学是一个很有意义的存在,它会以证据为前提,让人类得知一些神奇的认知。“科学家”这个词,令我们敬佩又膜拜!人类知识的进化,时代经济的发展都离不开科学家们的辛劳科研。接下来就为大家详细介绍为社会做了巨大贡献的世界十大科学家,一起来看看!
艾萨克·牛顿(1643年1月4日—1727年3月31日)爵士,一位英格兰物理学家、数学家、天文学家、自然哲学家和炼金术士。英国皇家学会会长,英国著名的物理学家,百科全书式的“全才”,著有《自然哲学的数学原理》、《光学》。
他在1687年发表的论文《自然定律》里,对万有引力和三大运动定律进行了描述。这些描述奠定了此后三个世纪里物理世界的科学观点,并成为了现代工程学的基础。他通过论证开普勒行星运动定律与他的引力理论间的一致性,展示了地面物体与天体的运动都遵循着相同的自然定律;为太阳中心说提供了强有力的理论支持,并推动了科学革命。
在力学上,牛顿阐明了动量和角动量守恒的原理,提出牛顿运动定律。在光学上,他发明了反射望远镜,并基于对三棱镜将白光发散成可见光谱的观察,发展出了颜色理论。他还系统地表述了冷却定律,并研究了音速。
在数学上,牛顿与戈特弗里德·威廉·莱布尼茨分享了发展出微积分学的荣誉。他也证明了广义二项式定理,提出了“牛顿法”以趋近函数的零点,并为幂级数的研究做出了贡献。
1679年,牛顿重新回到力学的研究中:引力及其对行星轨道的作用、开普勒的行星运动定律、与胡克和弗拉姆斯蒂德在力学上的讨论。他将自己的成果归结在《物体在轨道中之运动》(1684年)一书中,该书中包含有初步的、后来在《原理》中形成的运动定律。
任何一个物体在不受任何外力或受到的力平衡时(Fnet=0),总保持匀速直线运动或静止状态,直到有作用在它上面的外力迫使它改变这种状态为止。
①牛顿第二定律是力的瞬时作用规律。力和加速度同时产生、同时变化、同时消逝。②F=ma是一个矢量方程,应用时应规定正方向,凡与正方向相同的力或加速度均取正值,反之取负值,一般常取加速度的方向为正方向。③根据力的独立作用原理,用牛顿第二定律处理物体在一个平面内运动的问题时,可将物体所受各力正交分解,在两个互相垂直的方向上分别应用牛顿第二定律的分量形式:Fx=max,Fy=may列方程。
表达式F=-F'(F表示作用力,F'表示反作用力,负号表示反作用力F'与作用力F的方向相反)这三个非常简单的物体运动定律,为力学奠定了坚实的基础,并对其他学科的发展产生了巨大影响。第一定律的内容伽利略曾提出过,后来R·笛卡儿作过形式上的改进,伽利略也曾非正式地提到第二定律的内容。第三定律的内容则是牛顿在总结C·雷恩、J·沃利斯和C·惠更斯等人的结果之后得出的。
大多数现代历史学家都相信,牛顿与莱布尼茨独立发展出了微积分学,并为之创造了各自独特的符号。根据牛顿周围的人所述,牛顿要比莱布尼茨早几年得出他的方法,但在1693年以前他几乎没有发表任何内容,并直至1704年他才给出了其完整的叙述。
在一六六五年,刚好二十二岁的牛顿发现了二项式定理,这对于微积分的充分发展是必不可少的一步。二项式定理在组合理论、开高次方、高阶等差数列求和,以及差分法中有广泛的应用。
牛顿曾致力于颜色的现象和光的本性的研究。1666年,他用三棱镜研究日光,得出结论:白光是由不同颜色(即不同波长)的光混合而成的,不同波长的光有不同的折射率。在可见光中,红光波长最长,折射率最小;紫光波长最短,折射率最大。牛顿的这一重要发现成为光谱分析的基础,揭示了光色的秘密。
牛顿确定了冷却定律,即当物体表面与周围有温差时,单位时间内从单位面积上散失的热量与这一温差成正比。
牛顿1672年创制了反射望远镜。他用质点间的万有引力证明,密度呈球对称的球体对外的引力都可以用同质量的质点放在中心的位置来代替。他还用万有引力原理说明潮汐的各种现象,指出潮汐的大小不但同月球的位相有关,而且同太阳的方位有关。牛顿预言地球不是正球体。岁差就是由于太阳对赤道突出部分的摄动造成的。
牛顿的哲学思想基本属于自发的唯物主义,他承认时间、空间的客观存在。如同历史上一切伟大人物一样,牛顿虽然对人类作出了巨大的贡献,但他也不能不受时代的限制。例如,他把时间、空间看作是同运动着的物质相脱离的东西,提出了所谓绝对时间和绝对空间的概念;他对那些暂时无法解释的自然现象归结为上帝的安排,提出一切行星都是在某种外来的“第一推动力”作用下才开始运动的说法。
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