1879年,麦克斯韦去世了。
他走得很安静。书桌上,还摆着那些写满方程的纸,墨迹早已干透。
他这辈子最重要的贡献,是在安培环路定律里加入了一个当时无人验证的物理量:位移电流。
当时有人不理解:“没有实验证据,你凭什么改方程?”
麦克斯韦没有过多解释。
他只是说了一句话:
方程不自洽,我看着难受。
话说那是十九世纪中叶,物理学界出了一件怪事。
库仑、高斯、安培、法拉第——四位大神,各说各话。库仑告诉你电荷之间怎么使劲儿,高斯告诉你电场怎么算总数,安培告诉你电流怎么生磁场,法拉第告诉你磁场变了能生电场。听起来都有道理,可真要把它们凑一块儿——嘿,谁也不服谁。好比四个铁匠各打一把好刀,可你拿着这四把刀,就是拼不出一把剑来。
当时的学者们分了两派。
大陆派那帮人,信“超距作用”。他们说,电和磁的力量能隔空传过去,嗖一下,不用中间那个“场”来帮忙。可英伦派跟着法拉第走,偏不信这个邪,说力得一点一点往外传,像水波一样。
麦克斯韦在里头转了一圈,选了法拉第的路。但他心里清楚,要真走通这条路,光喊口号没用,得先把这四家散落一地的宝贝收拾明白。
他把自己关在书房里,从1855年开始,一张纸、一支笔,从早算到晚。
纸堆了一屋子。妻子喊他吃饭,他没听见。孩子哭闹,他没听见。邻居喊他去喝酒,他更没听见。他脑子里全是公式,一颗心全吊在那四个定律上。
算着算着,他发现了问题。
安培那定律说:电流能生磁场,方向跟电流垂直,像个漩涡。这没错。可麦克斯韦把公式一推,发现这事儿只在电流安安稳稳的时候才成立。要是遇上电流忽大忽小——就好比电容器充放电那种情况——问题就来了:等式左边算出来是零,右边算出来不是零。零等于不是零?
这不对劲。
他心里清楚,问题不是安培定律错了,而是它还不够完整。
他在书房里反复推敲,嘴里念叨着:“还缺一块,还缺一块……”
第三天夜里,他趴在桌上,继续演算。当他把目光停留在那行矛盾的等式上,他忽然想起了一个关键原理——电荷守恒。顺着这个思路推下去,他发现,要想让方程在任何情况下都成立,就必须在安培定律中加上一项:变化的电场也能产生磁场。
他把它称作:位移电流
这个结论,不是凭空“塞进去”的,而是从数学和物理的必然性中推导出来的。
但问题是,当时没有任何实验能证明这东西存在。所有人都在背后指指点点:“那个麦克斯韦,是不是脑子坏了?凭空加一项?他当他是上帝吗?”
他没理他们。
加上这一项之后,四个方程总算齐了。
麦克斯韦看着它们,长舒了一口气。接着他继续往下算,算着算着,他的手开始发抖。他从方程里解出了——一个波动。他算出了这个波的速度,跟当时测出来的光速一比——
差不多。
他又算了一遍。还是差不多。再算一遍。
一模一样。
当时的测量值是每秒约3.15×10⁸米,而他算出来的,是3.1×10⁸米。误差很小,完全在当时的实验精度范围内。
他放下笔,站起来,走到窗前。窗外的阳光落在他脸上,暖洋洋的。
他写下了那句话:
“光,就是按照电磁定律经过场传播的电磁扰动。”
1879年,麦克斯韦去世了。他这辈子都没亲眼看到自己的预言被证明。很多人依然不信,觉得那不过是个疯子写在纸上的梦话。
但八年之后,德国有个叫赫兹的年轻人,在实验室里捣鼓出了一套怪机器:一边能发射电磁波,一边能接收电磁波。他测了那波的波长和速度,比对了所有性质——偏振、反射、折射。跟光一模一样。
消息传出去那天,整个物理学界都沉默了。
那个“疯子”,是对的。
今天你手里拿的手机,耳朵里塞的耳机,头顶飞过的卫星,夜里照亮你的雷达——全都来源于一个书生的执着。他无法容忍方程存在丝毫的不完美,于是他改写了整个世界。
人这一辈子,多少都有点执念。有的执念让人疲惫,有的执念让人孤独。
但有些执念——像麦克斯韦这样,“见不得丑”的执念——能开出花来。
别人眼里不过是一个方程上的补丁,他看见的,却是整个天地的缝隙。
他伸手进去,把光扯了出来。
“人的心灵各有不同的类型。科学的真理,也就应该以种种不同的形式表现。”
——麦克斯韦
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