实验巨匠与数学高手的联盟
6.实验巨匠与数学高手的联盟
人们还清楚地记得，1831年是法拉第发现电磁感应的难忘岁月。说来也真凑巧，就在这一年的英国，在苏格兰首府爱丁堡，一个与法拉第身世完全不同的婴儿出生了，他就是后来的数学家麦克斯韦。麦克斯韦的父亲是当地有名的律师，手下还有产业，但他的兴趣却在对科学技术的研究上。平日里，麦克斯韦的父亲喜欢设计机器，并擅长修建高楼大厦。他很爱自己的儿子。麦克斯韦长到3岁的时候，脚上穿的皮鞋都是父亲专门为他设计制作的。
麦克斯韦从小就受到父亲的熏陶。他在读小学的时候就养成了爱科学、爱提问、爱动手实验的好习惯。在麦克斯韦刚满10岁的时候，他就跟着父亲到爱丁堡皇家学会听科学讲座。
麦克斯韦在上学的时候就已经崭露头角，以出色的才华赢得了老师和同学的赞许。一次，学校举行诗歌和数学竞赛，他一个人就夺得了两项冠军。15岁的时候，麦克斯韦的数学论文发表在《爱丁堡皇家学会会刊》上。第二年，这位才华出众的“神童”就跨进了爱丁堡大学，3年以后以优异成绩转到剑桥大学，麦克斯韦在这所历史悠久、英才荟萃的大学里获得了奖学金。从此，他专攻数学。1854年，23岁的麦克斯韦有机会参加了数学学位考试，终于如愿以偿，以甲等数学第二名的优异成绩取得了毕业证书。
数学从它产生以来，一直存在着两种截然不同的观点。一种是以公元前6世纪希腊数学家、哲学家、“勾股定律”的发明者为代表的抽象派，他们认为数学高于一切，决定一切；一种以解析几何的创始人笛卡尔为代表，他们把数学当成研究客观世界的工具来看待，主张运用数学原理来研究物理和天文现象。麦克斯韦在剑桥大学的导师属于后一学派，加之他从小与父亲生活在一起，耳濡目染，尤其注重对实际问题的研究，他重点研究了运用数学理论来解决物理学、天文学及工程技术中碰到的一些问题。
麦克斯韦最先研究的是光的色彩理论。不久，他在图书馆里读到了法拉第的《电学实验研究》，用充满力线的场取代牛顿的真空理论，用力在场中以波的形式和有限速度传播取代牛顿的超距作用。这些不同凡响的大胆见解激活了麦克斯韦丰富的想象力。
1855年12月10日和1856年2月11日，麦克斯韦在剑桥大学宣读了他写的第一篇论文《论法拉第的力线》。它开宗明义，第一句话这样写道：“关于电的科学，目前的状况对于思考特别不利。”后来，麦克斯韦对为什么在论文里这样开宗明义作了注释：他并不试图在自己没有做过什么实验的领域里建立物理学理论，他不过是想利用法拉第的力线思想，把法拉第所发现的种种迥然不同的现象彼此之间的内在联系清楚地展现在数学家和物理学家面前。
麦克斯韦与法拉第的联盟找到了结合部。麦克斯韦主要从以下两个方面做起：一是在弄清物理概念之后，建立一个物理模型以便类比和借鉴；二是用数学工具绘出精确的数量关系。比如，麦克斯韦把法拉第充满力线的场比作一种假想的流场。采用这样的模型，既有利于想象和思考，又可以借用流体力学的所有成果。在这种思想的指导下，法拉第对电流周围的磁力线所做的物理描述被麦克斯韦概括为一个矢量微分方程。从此以后，法拉第的物理直觉能力和麦克斯韦的数学分析技巧开始融为一体了。
法拉第在读了麦克斯韦的《论法拉第的力线》之后，他给自己认识的所有年轻人写信，告诉他们这个好消息，他为能找到像麦克斯韦这样的知音而感到高兴。
法拉第比麦克斯韦年长40岁，两个人的家庭出身，所受的教育完全不同。一个来自社会的最底层，一个出身高贵门第；一个连小学都没有毕业，一个是名牌大学的高才生。法拉第讲话娓娓道来，引人入胜；麦克斯韦快人快语，才思敏捷。一个善于运用直觉把握物理现象的本质，设计巧妙的实验，并观察记录、归纳实验结果，被人称为是“实验巨匠”；一个擅长建立物理模型，运用数学技巧，演绎、分析、提高，被人称为是“数学高手”。虽然他们各有特点，却又相互吸引。他们两个的结合，对于攻克目标，建立一个全新的、不从属于牛顿自然哲学体系的电磁学理论产生了不可估量的影响。
经过法拉第和麦克斯韦的努力探索，又经过德国青年物理学家赫兹的研究证实，又经过实验到理论、再到力线的过程，最后形成了场论，这大概是一条场论走过的发展道路。
有趣的是，赫兹不仅通过实验验证了电磁波的存在，同时还测试了电磁波的波长，并算出了它的传播速度，刚好是每秒30万千米，和光的速度一模一样，同时又和麦克斯韦的预言一样。于是，赫兹宣布，场论诞生了，胜利了。
但是，场论的历史并没有结束。场论思想是20世纪物理学发展的主导思想之一。世界著名的科学家爱因斯坦称赞创立场论的法拉第与麦克斯韦犹如创立经典力学的伽利略和牛顿一样，他们的伟大是无与伦比的。
1931年是麦克斯韦诞生100周年，同时也是法拉第发现电磁感应、并开始酝酿力线和场的思想100周年。在那一年，爱因斯坦写下了这样的话：
我相信，从法拉第的电磁场概念中，后世仍旧可以学到许多东西，一点也不比前人学习的少。这是对历史的盖棺论定，这个定论是最公正的同时又是最具有权威性的……