千年思想家-麦克斯威

 

苏格兰著名科学家麦克斯威最近(1999,9)被英国广播公司(BBS)从因特网上的投票中被评为千年思想家(10名中第9)。把麦克斯威列为影响人类社会和科学的10位巨人之一是完全公正的。他的伟大业绩深刻影响了20世纪的人类生活。随着历史车论的前进,麦克斯威的光辉不是日益暗淡而是更加明亮。人类进入30世纪时相信他的名字仍然留在人们的心中。

麦克斯威生活在19世纪中叶,他把当时关于电学和磁学的知识做了高度的概括创立了所谓电动力学。他在深刻认识电磁现象的本质的基础上以极为敏锐的思想预言了电磁波的存在。他去世数十年后人类按照他的思路发明了无线电。无线通信、广播电台、电视、雷达、通信卫星...这些20世纪的骄子都是他的英明预言的光辉体现。麦克斯威泽惠20世纪的人类文明的功绩是数不清的。他的思想光辉照亮了20世纪!

杨振宁把电动力学和统计力学称为19世纪物理学的两大建树。麦克斯威除创立电动力学之外还参加了统计力学的创立。一册书上写道:Maxwell 所得到的有关分子速度分布的数学方程是自然科学中最难的方程之一。

初中时我崇拜牛顿:他的体重不会超过100千克,但是他发现的写在纸上不满一行的力学公式竟然把那么大的太阳的规律都概括了,这真了不起。高中时我崇拜爱因斯坦:他竟然改进了牛顿的公式。但是大学物理中麦克斯威的分子运动方程深深的打动了我,麦克斯威能用非常简单的假设推导出如此复杂的公式让我吃惊!从此我崇拜的对象就由麦克斯威取代了牛顿和爱因斯坦。

大学时我仅是知道麦克斯威没有机会学习他的成果。是后来的工作和自学使我对麦克斯威创立的另外一个学科--统计力学有所了解。我在努力理解他们的成绩也感到能够把它们移植到我工作的气象领域中一定会有用。1991年我说“统计物理中的深刻思想,不应当仅供物理学家独享,它实际也是众多学科共享的理论武器,它会帮助众多学科向理论阵地迈进一大步(见《熵气象学》一书中)

1998年我在一个网页上把他称为复杂性研究的创始人,( http://kahn.xj.cninfo.net/zhangxw/index.htm )说:

提出麦克斯威是复杂性研究的创始人是基于牛顿所开辟的现代科学研究方法是把问题限制在尽量简单的场合来研究问题,而麦克斯威在分子运动研究中的方法恰好相反,他不是回避复杂而是巧妙地利用了“最复杂”却得到了惊人的结果。

牛顿力学容易处理仅有两个质点的相互力学作用问题。它研究太阳与地球的运动时可以把月球的存在忽视掉,而且把那么大的太阳和地球都当成非常小的质点来对待。如果研究有三个质点的系统中的质点运动问题,人们就说这太复杂而难以进行。确实“情况复杂”成了科学家回避很多实际问题的借口。每个人都会在不同场合经常听到人们用“太复杂”来回绝问题以为自己的无能开脱。

麦克斯威推导出的气体分子运动速度分布律的出发点不是最简单而是最复杂。分子不是很多很多吗?各个分子的运动不是很复杂吗?他的高明之处恰好是(例如)利用“很复杂”反而可以猜测向每个方向运动的分子的数量应当相等。…从而在合理的假设下推导出惊人的定量的分子运动的公式来。多少人在“复杂”面前退却了,是他为我们闯出了一条处理复杂问题的新思路。把麦克斯威提为复杂性研究创始人是恰当的。

我们也可以说牛顿创立了研究“简单”问题的方法,麦克斯威创立了研究复杂问题的方法。我们已经继承了牛顿很多的科学遗产,但是我们仅是承认麦克斯威的成绩而不是去学习他在处理“复杂”问题的基本思路,我们也就放弃了很大的一份科学遗产

我在网页上宣传关于熵的认识,把熵说成复杂程度,我始终把麦克斯威作为保护神。我相信领会麦克斯威研究科学问题的方法和思路会开阔我们的视野。纪念故人是追述他的业绩,但是纪念麦克斯威还意味着我们要把他留给人类的思想财富在各个领域充分利用起来。

美国一本大学化学教科书中说:

“世界知名的真正杰出的理论家是不多的,总数肯定不超过100人。James Clerk Maxwell 麦克斯威属于这一群人中的佼佼者。他是一位真正的智慧巨人,堪与 Newton、Einstein...齐名。

该书还说:

“Maxwell 1831年生于苏格兰。在爱丁堡大学和剑桥受教育以后,他成为一名自然哲学教授,先在苏格兰,以后在剑桥。早年他的数学才能就表现的很突出,并在很多领域得到发挥。除了他在气体研究方面的成就(这些成就为现今称之为统计力学的学科奠定了基础)外 ,他在热力学方面进行了广泛的研究,提出了一些基本方程;这些方程都以他的名字命名。然而他最大的成就是在光电理论方面,他发现并提出了电磁场的普遍公式。他最先认识到光是电磁波的一种形式并预言了无线电波的出现。Maxwell在世的若干年他曾由于疾病羁身而停止活动;他去世时只有48岁,而在30岁时已经完成了他大部分工作。”

张学文于1999,12,9