Maxwell 量子力学
麦克斯韦(Maxwell,James Clerk.1831-1879)英国物理学家(Physi... 生于苏格兰爱丁堡
麦克斯韦19岁时已在皇家学会发表了两篇论文。1850年到剑桥大学,不久转到了三一学院,1854年以优异的成绩毕业于数学专业。
詹姆斯·克拉克·麦克斯韦,英国物理学家、数学家。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,因此应与牛顿齐名。1873年出版的《论电和磁》,也被尊为继牛顿《自然哲学的数学原理》之后的一部最重要的物理学经典。没有电磁学就没有现代电工学,也就不可能有现代文明。
麦克斯韦的主要功绩恰恰是他能够跳出经典力学框架的束缚,,在物理上以"场"而不是以"力"作为基本的研究对象,在数学上引入了有别于经典数学的矢量偏微分运算符。这两条是发现电磁波方程的基础。这就是说,实际上麦克斯韦的工作已经冲破经典物理学和经典数学的框架,只是由于当时的历史条件,人们仍然只能从牛顿的经典数学和力学的框架去理解电磁场理论。 现代数学,Hilbert空间中的数学分析是在19世纪与20世纪之交的时候才出现的。而量子力学的物质波的概念则在更晚的时候才被发现,特别是对于现代数学与量子物理学之间的不可分割的数理逻辑联系至今也还没有完全被人们所理解和接受。从麦克斯韦建立电磁场理论到现在,人们一直以欧氏空间中的经典数学作为求解麦克斯韦方程组的基本方法。 (二) 我们从麦克斯韦方程组的产生,形式,内容和它的历史过程中可以看到:第一,物理对象是在更深的层次上发展成为新的公理表达方式而被人类所掌握,所以科学的进步不会是在既定的前提下演进的,一种新的具有认识意义的公理体系的建立才是科学理论进步的标志。第二,物理对象与对它的表达方式虽然是不同的东西,但如果不依靠合适的表达方法就无法认识到这个对 象的"存在"。由此,第三,我们正在建立的理论将决定到我们在何种层次的意义上使我们的对象成为物理事实,,这正是现代最前沿的物理学所给我们带来的困惑。 (三) 麦克斯韦方程组揭示了电场与磁场相互转化中产生的对称性优美,这种优美以现代数学形式得到充分的表达。但是,我们一方面应当承认,恰当的数学形式才能充分展示经验方法中看不到的整体性(电磁对称性),但另一方面,我们也不应当忘记,这种对称性的优美是以数学形式反映出来的电磁场的统一本质。因此我们应当认识到应在数学的表达方式中"发现"或"看出" 了这种对称性,而不是从物理数学公式中直接推演出这种本质。
回答的已经很完整了,但我还是对最后两句的理解提问:是不是说就这个方程的推导最后从数学形式上是对称的,但不一定是电磁的物理本质的对称性?所以才说是人为修饰。比如说现在所用的微积分只是说这是一种数学工具,而不是自然规律,不是事物的本质
作为公式,都具有规律性和自然性
他由于列出了表达电磁基本定律的四元方程组而闻名于世。在麦克斯韦以前的许多年间,人们就对电 纪念邮票
和磁这两个领域进行了广泛的研究,人们都知道这两者是密切相关的。适用于特定场合的各种电磁定律已被发现,但是在麦克斯韦之前却没有形成完整、统一的学说。麦克斯韦用列出的简短四元方程组(但却非常复杂),就可以准确地描绘出电磁场的特性及其相互作用的关系。这样他就把混乱纷纭的现象归纳成为一种统一完整的学说。麦克斯韦方程在理论和应用科学上都已经广泛应用一个世纪了。
优点
麦克斯韦方程的最大优点在于它的通用性,它在任何情况下都可以应用。在此以前所有的电磁定律都可由麦克斯韦方程推导出来,许多从前没能解决的未知数也能从方程推导过程中寻出答案。 这些新成果中最重要的是由麦克斯韦自己推导出来的。根据他的方程可以证明出电磁场的周期振荡的存在。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,麦克斯韦就可以表达出电磁波的速度接近300000公里(186000英里)/秒,麦克斯韦认识到这同所测到的光速是一样的。由此他得出光本身是由电磁波构成的这一正确结论。 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。的确如此,所有先前已知的光学定律可以由方程导出,许多先前未发现的事实和关系也可由方程导出。在此基础上,麦克斯韦认为光是频率介于某一范围之内的电磁波。这是人类在认识光的本性方面的又一大进步。正是在这一意义上,人们认为麦克斯韦把光学和电磁学统一起来了,这是19世纪科学史上最伟大的综合之一。 可见光并不是唯一的一种电磁辐射。麦克斯韦方程表明与可见光的波长和频率不同的其它电磁波也可能存在。这些从理论上得出的结论后来被海因利茨·赫兹公开演示证明了。赫兹不仅生产出而且检验出了麦克斯韦预言存在的不可见光波。几年以后,伽格利耶尔摩·马可尼证明这些不可见光波可以用于无线电通讯,无线电随之问世。今天我们也用不可见光为电视通讯。X线、γ线、红外线、紫外线都是电磁波辐射的其它一些例子。所有这些射线都可以用麦克斯韦方程来加以研究。
霍金过去曾在多个公开场合,发表对人类、生命、神的看法,节录如下:
移民外太空:“在20年内,我们可能已经在月球建造永久基地,40年内可能已经在火星建基地。但月球和火星都很细小,而且缺乏或完全没有大气层。我们不会找到像地球一样美好的地方,除非我们离开太阳系。往太空扩展生存空间,对人类的生存很重要。地球上的生命受到灾难灭绝的危机愈来愈大,如突然的全球温室效应、核武战争、基因改造病毒、以及一些我们想像不到的灾难。不过,如果人类能避免在未来数百年内自我毁灭,我们应该会在地球以外找到生存的居所。”(2006访问香港)
基础研究:“基础科学研究应从科学考虑出发,并非由经济主导,但基础科学研究发展经常带来经济效益。如我的前辈、剑桥大学保罗·狄拉克的研究令晶体管的发展变成可能,而晶体管正是现代电子和电脑工业的基础;另一位来自剑桥大学的佛朗西斯·克里克发现 DNA(脱氧核糖核酸)的结构,亦成为生物科技工业的基础。”(2006访问香港)
安乐死:回应香港一名叫斌仔(邓绍斌)的瘫痪病人,公开要求安乐死合法化:“我认为他(斌仔)应该有权决定结束自己的生命,但这会是一个很大的错误。不论命运看似有多糟,你依然可以有所作为、有所成就。生命尚存,总有希望。”(2006访问香港)
神的存在:“法国科学家拉普拉斯曾向拿破仑解释,科学定律如何影响宇宙的演进。但拿破仑问,上帝在过程中扮演什么角色呢?科学家的回答是,我并不需要这个假设。”(2006访问香港)
出版大众文章:“有人告诉我,如果我在时间简史之中每加入一条数学公式,这本书的销量便会减半。”(1993 都柏林)
所谓“常识”:“我们一世人被教导很多常识,但常识往往只是偏见的代名词。”
关于核武:“我们平均每个人拥有相当于四吨的烈性炸药,但只要半磅炸药就可以炸死一个人,所以我们拥有的核武是所需的一万六千倍。大家必须了解,我们并不是与苏联处于冲突的状态,两方面都很需要对方维持稳定。”
外星人:2010年04月,霍金在Discovery Channel新纪录片《与霍金探索宇宙》( Into the Universe with Stephen Hawking)中,他认为宇宙有1000亿个星系,“看数字就知道外星生命存在是合理推断”。霍金也提出警告,外星人绝非善男信女,外星生物可能耗光了自己的星球资源,住在大型太空船上变成游牧民族,四处讨伐和占领其他星球,外星人可能令地球沦为殖民地。[12]
有人认为美国政府刻意隐瞒与外星人接触过的记录,霍金回答:“我非常怀疑这种说法,因为就过去的记录来看,美国政府隐瞒事实的功力并不怎么高明。”
1988年:《时间简史》(A brief History of Time)
1993年:《黑洞、婴儿宇宙及其他》(Black Holes and Baby Universes and Other Essays)
2005年:《时间简史(普及版)》(A briefer History of Time)
2001年:《果壳中的宇宙》(The Universe in a Nutshell)
麦克斯韦19岁时已在皇家学会发表了两篇论文。1850年到剑桥大学,不久转到了三一学院,1854年以优异的成绩毕业于数学专业。
詹姆斯·克拉克·麦克斯韦,英国物理学家、数学家。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,因此应与牛顿齐名。1873年出版的《论电和磁》,也被尊为继牛顿《自然哲学的数学原理》之后的一部最重要的物理学经典。没有电磁学就没有现代电工学,也就不可能有现代文明。
麦克斯韦的主要功绩恰恰是他能够跳出经典力学框架的束缚,,在物理上以"场"而不是以"力"作为基本的研究对象,在数学上引入了有别于经典数学的矢量偏微分运算符。这两条是发现电磁波方程的基础。这就是说,实际上麦克斯韦的工作已经冲破经典物理学和经典数学的框架,只是由于当时的历史条件,人们仍然只能从牛顿的经典数学和力学的框架去理解电磁场理论。 现代数学,Hilbert空间中的数学分析是在19世纪与20世纪之交的时候才出现的。而量子力学的物质波的概念则在更晚的时候才被发现,特别是对于现代数学与量子物理学之间的不可分割的数理逻辑联系至今也还没有完全被人们所理解和接受。从麦克斯韦建立电磁场理论到现在,人们一直以欧氏空间中的经典数学作为求解麦克斯韦方程组的基本方法。 (二) 我们从麦克斯韦方程组的产生,形式,内容和它的历史过程中可以看到:第一,物理对象是在更深的层次上发展成为新的公理表达方式而被人类所掌握,所以科学的进步不会是在既定的前提下演进的,一种新的具有认识意义的公理体系的建立才是科学理论进步的标志。第二,物理对象与对它的表达方式虽然是不同的东西,但如果不依靠合适的表达方法就无法认识到这个对 象的"存在"。由此,第三,我们正在建立的理论将决定到我们在何种层次的意义上使我们的对象成为物理事实,,这正是现代最前沿的物理学所给我们带来的困惑。 (三) 麦克斯韦方程组揭示了电场与磁场相互转化中产生的对称性优美,这种优美以现代数学形式得到充分的表达。但是,我们一方面应当承认,恰当的数学形式才能充分展示经验方法中看不到的整体性(电磁对称性),但另一方面,我们也不应当忘记,这种对称性的优美是以数学形式反映出来的电磁场的统一本质。因此我们应当认识到应在数学的表达方式中"发现"或"看出" 了这种对称性,而不是从物理数学公式中直接推演出这种本质。
回答的已经很完整了,但我还是对最后两句的理解提问:是不是说就这个方程的推导最后从数学形式上是对称的,但不一定是电磁的物理本质的对称性?所以才说是人为修饰。比如说现在所用的微积分只是说这是一种数学工具,而不是自然规律,不是事物的本质
作为公式,都具有规律性和自然性
他由于列出了表达电磁基本定律的四元方程组而闻名于世。在麦克斯韦以前的许多年间,人们就对电 纪念邮票
和磁这两个领域进行了广泛的研究,人们都知道这两者是密切相关的。适用于特定场合的各种电磁定律已被发现,但是在麦克斯韦之前却没有形成完整、统一的学说。麦克斯韦用列出的简短四元方程组(但却非常复杂),就可以准确地描绘出电磁场的特性及其相互作用的关系。这样他就把混乱纷纭的现象归纳成为一种统一完整的学说。麦克斯韦方程在理论和应用科学上都已经广泛应用一个世纪了。
优点
麦克斯韦方程的最大优点在于它的通用性,它在任何情况下都可以应用。在此以前所有的电磁定律都可由麦克斯韦方程推导出来,许多从前没能解决的未知数也能从方程推导过程中寻出答案。 这些新成果中最重要的是由麦克斯韦自己推导出来的。根据他的方程可以证明出电磁场的周期振荡的存在。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,麦克斯韦就可以表达出电磁波的速度接近300000公里(186000英里)/秒,麦克斯韦认识到这同所测到的光速是一样的。由此他得出光本身是由电磁波构成的这一正确结论。 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。的确如此,所有先前已知的光学定律可以由方程导出,许多先前未发现的事实和关系也可由方程导出。在此基础上,麦克斯韦认为光是频率介于某一范围之内的电磁波。这是人类在认识光的本性方面的又一大进步。正是在这一意义上,人们认为麦克斯韦把光学和电磁学统一起来了,这是19世纪科学史上最伟大的综合之一。 可见光并不是唯一的一种电磁辐射。麦克斯韦方程表明与可见光的波长和频率不同的其它电磁波也可能存在。这些从理论上得出的结论后来被海因利茨·赫兹公开演示证明了。赫兹不仅生产出而且检验出了麦克斯韦预言存在的不可见光波。几年以后,伽格利耶尔摩·马可尼证明这些不可见光波可以用于无线电通讯,无线电随之问世。今天我们也用不可见光为电视通讯。X线、γ线、红外线、紫外线都是电磁波辐射的其它一些例子。所有这些射线都可以用麦克斯韦方程来加以研究。
霍金过去曾在多个公开场合,发表对人类、生命、神的看法,节录如下:
移民外太空:“在20年内,我们可能已经在月球建造永久基地,40年内可能已经在火星建基地。但月球和火星都很细小,而且缺乏或完全没有大气层。我们不会找到像地球一样美好的地方,除非我们离开太阳系。往太空扩展生存空间,对人类的生存很重要。地球上的生命受到灾难灭绝的危机愈来愈大,如突然的全球温室效应、核武战争、基因改造病毒、以及一些我们想像不到的灾难。不过,如果人类能避免在未来数百年内自我毁灭,我们应该会在地球以外找到生存的居所。”(2006访问香港)
基础研究:“基础科学研究应从科学考虑出发,并非由经济主导,但基础科学研究发展经常带来经济效益。如我的前辈、剑桥大学保罗·狄拉克的研究令晶体管的发展变成可能,而晶体管正是现代电子和电脑工业的基础;另一位来自剑桥大学的佛朗西斯·克里克发现 DNA(脱氧核糖核酸)的结构,亦成为生物科技工业的基础。”(2006访问香港)
安乐死:回应香港一名叫斌仔(邓绍斌)的瘫痪病人,公开要求安乐死合法化:“我认为他(斌仔)应该有权决定结束自己的生命,但这会是一个很大的错误。不论命运看似有多糟,你依然可以有所作为、有所成就。生命尚存,总有希望。”(2006访问香港)
神的存在:“法国科学家拉普拉斯曾向拿破仑解释,科学定律如何影响宇宙的演进。但拿破仑问,上帝在过程中扮演什么角色呢?科学家的回答是,我并不需要这个假设。”(2006访问香港)
出版大众文章:“有人告诉我,如果我在时间简史之中每加入一条数学公式,这本书的销量便会减半。”(1993 都柏林)
所谓“常识”:“我们一世人被教导很多常识,但常识往往只是偏见的代名词。”
关于核武:“我们平均每个人拥有相当于四吨的烈性炸药,但只要半磅炸药就可以炸死一个人,所以我们拥有的核武是所需的一万六千倍。大家必须了解,我们并不是与苏联处于冲突的状态,两方面都很需要对方维持稳定。”
外星人:2010年04月,霍金在Discovery Channel新纪录片《与霍金探索宇宙》( Into the Universe with Stephen Hawking)中,他认为宇宙有1000亿个星系,“看数字就知道外星生命存在是合理推断”。霍金也提出警告,外星人绝非善男信女,外星生物可能耗光了自己的星球资源,住在大型太空船上变成游牧民族,四处讨伐和占领其他星球,外星人可能令地球沦为殖民地。[12]
有人认为美国政府刻意隐瞒与外星人接触过的记录,霍金回答:“我非常怀疑这种说法,因为就过去的记录来看,美国政府隐瞒事实的功力并不怎么高明。”
1988年:《时间简史》(A brief History of Time)
1993年:《黑洞、婴儿宇宙及其他》(Black Holes and Baby Universes and Other Essays)
2005年:《时间简史(普及版)》(A briefer History of Time)
2001年:《果壳中的宇宙》(The Universe in a Nutshell)