麦克斯韦明明统一了电磁学,为什么看起来却低了牛顿、爱因斯坦一档?

客观地说,仅仅从成就来看,牛顿、爱因斯坦、麦克斯韦三人应该是并驾齐驱的,是理论物理学史上毫无争议的第一梯队的存在,而且第一梯队有且只有这三位而已。可我们会发现,在很多人眼里麦克斯韦的地位似乎远不如牛顿、爱因斯坦,甚至都不如伽利略。不仅如此,很多人对牛顿、爱因斯坦的生平了解的很多,但很少人了解麦克斯韦的生平。

那问题就来了,为什么我们说单从成就上看,麦克斯韦并不亚于牛顿和爱因斯坦?又为什么,麦克斯韦并不如牛顿、爱因斯坦为人所知?

理论物理学家的梦想

我们来先来解决第一个问题。其实,从古至今,理论物理学家都有一个梦想,这个梦想就是提出大一统理论。那为什么是大一统理论呢?说白了就是用一套理论解释所有的物理学现象。这个梦想不仅牛顿有,爱因斯坦也有,而且两人晚年都为此付出了许多的努力,但都没有任何结果。

不过,从这个方面,我们也能了解到,就像古代帝王喜欢统一,理论物理学家也喜欢统一。而凡是能仅凭一人之力或者说单打独斗,就完成部分统一的理论物理学家都可以跻身到理论物理学史上第一梯队的行列当中。而在这个梯队中,有且仅有三位实现了部分的统一:

  • 牛顿提出了牛顿力学,万有引力定律,统一了“天上”和“地上”的物理学;(在此之前,亚里士多德世界观中,天上和地上遵循两套完全不同的规律。)

  • 麦克斯韦提出了麦克斯韦方程,统一了“电”和“磁”,并且预言了电磁波的存在,同时光就是一种电磁波。(后来,他的理论被赫兹所证明。)

  • 爱因斯坦提出了相对论,在狭义相对论部分,他统一了“时间”和“空间”,“能量”和质量。在广义相对论部分,他给出了引力本质的诠释。

而诸如量子力学和近现代的粒子物理标准模型,实际上都是一群人一起努力的结果。量子力学前前后后经历了多代物理学家,比如:第一代的普朗克、爱因斯坦;第二代的波尔、索末菲、波恩;第三代的海森堡、薛定谔、狄拉克等。

至于粒子物理学标准模型也是这样,有杨振宁、温伯格、希格斯、费曼、盖尔曼等等几十位甚至是上百的科学家共同努力得以完善。

因此,这才使得牛顿、麦克斯韦、爱因斯坦拥有如此崇高的历史地位。

麦克斯韦为什么不为人所知?

实际上,如果经常到学校里转转,我们确实能够看到麦克斯韦的画像。但即使是这样,麦克斯韦的名声还远不及牛顿、爱因斯坦。各种原因,我觉得和学生时代的知识结构有关。我们了解牛顿,是因为我们初中、高中都会接触到物理学,而其中最核心的牛顿力学,也是学生们主要学的。

虽然也会学一些电磁学理论,但如果仔细去看的话,我们会发现学的这些电磁学理论都是经过简化的。所谓的安倍定则,欧姆定律,楞次定律等等,就是没有接触到麦克斯韦方程。因此,你很难感受得到麦克斯韦方程如何统一了电磁学。

实际上,初高中学的这些电磁学理论都是在某种假定条件下得到的,只是麦克斯韦方程理论的一部分而已。如果真的让学生们去学麦克斯韦方程,估计挂科率肯定是止不住了。也因此,我们上高中物理课时,根本不会接触到麦克斯韦这个人,也就无法知道他到底有多厉害。

而相对论虽然很多人都不懂,但是相对论的名气要远远大于麦克斯韦方程。平时没事谈相对论和量子力学都会让人觉得你特别有学识,但你见过谁会没事跟你说,我们来聊一聊麦克斯韦方程?

而且像相对论中的质能方程,以及量子力学中的薛定谔的猫其实都已经成为了时下的流行用法。因此,也使得这两个理论成为了大家耳熟能详的理论。(当然,其实大多数人都搞不懂这两个理论到底说了啥。)

基于这两点,不熟悉和不够流行,才使得麦克斯韦远远不如牛顿、爱因斯坦受到普通人的关注多,也就会让人觉得他似乎学术地位远不如牛顿和爱因斯坦。但我们客观地说,他其实是可以和牛顿、爱因斯坦平起平坐的存在。

很多人认为三者齐名,其实不然,真正厉害的三大理论物理学家应该是牛顿、爱因斯坦、杨振宁。

因为牛顿不但是力学的奠基人,还是现代微积分数学的奠基人啊。

麦克斯韦场方程在数学上没有贡献啊,只是参考了流体力学中的偏微分方程来对电流建模,是微积分、偏微分方程的应用罢了,而且应用面也很窄啊。流体力学又是经典力学的分支,可以算是牛顿力学和微积分的徒子徒孙吧。

所以,牛顿是微积分的鼻祖,麦克斯韦只是用了偏微分方程而已。从方方面面上看,麦克斯韦都无法比肩牛顿。一个是徒子徒孙,一个是开山立派的鼻祖。

最后,麦克斯韦方程只是流体力学在电流上的推广,解决不了最深刻的时空问题啊,触及不到科学的灵魂:哲学的层面。

而牛顿和爱因斯坦都是方法论、灵魂层面的工作,是改变世界观的工作。

牛顿的力学解释整个物理世界运行的基本特性,包括万有引力。

爱因斯坦解释了整个世界的时空本质特征。

这两项工作都是触及灵魂的工作。

从流体力学扩展到电流的麦克斯韦方程就显得不那么深刻了。

最后再说说杨振宁的杨-米尔斯方程,这个也可以说是粒子物理的开山之作:

牛顿解决了工具问题,解决了空间问题,把空间用数学工具建模。

爱因斯坦解决了时间问题,把时间和空间用数学工具建模。

杨振宁解决了粒子问题,定义了什么是粒子,把所有微观粒子都用一个方程建模了。

这么一说,大概就可以明白理论物理研究领域三大开创性工作的位置关系了。

自然科学领域天才林立,大佬如过江之鲫,他们如天上的群星一样璀璨,照耀了人类的文明史,而无数顶尖科学家中,排名总统山的几位科学家是谁,却没有太大的争议。无论是哪个排行榜,前三必定是牛顿、爱因斯坦与麦克斯韦,其中牛顿与爱因斯坦两位物理学家的成就太过于惊人,论地位完全可以平起平坐,而麦克斯韦只能独享第三把交椅。

若论对物理学以及人类生活的影响力,三位大神基本上不分高下。作为电磁学的创始人,现代文明的先驱者,麦克斯韦为何只能够排行第三?咱们来探讨一下:

牛顿

牛顿的成就大家基本上耳熟能详,从初中课本上,我们就开始接触牛顿。牛顿最为知名的成就是三大运动定律,其凭借一己之力创造了经典力学理论体系,阐释了宏观物体运动的基本规律。

第二大成就万有引力定律解释了天体运动的基本规律,在人类认识宇宙过程中树立了一座里程碑。牛顿又发明了微积分,极大的推动了数学的发展,微积分是数学给其他学科提供的划时代的工具,通过这种工具,我们解决了无数以前无法解决的问题。

无论是三大运动定律、万有引力定律还是微积分都被牛顿写在了《自然哲学的数学原理》这本旷世巨著里面。从这本书中,我们看到了牛顿在物理学、数学、天文学以及自然哲学领域的深入研究,他建立了完整的科学理论体系,使得人类对自然科学的认识有了飞跃性的进步。

当然,牛顿还有光学、热学等领域的成就,而所有的工作都是牛顿一人完成的,要知道随便一项成果拿出来都足以名垂千古。牛顿通过数学公式来阐释万物运动定律,这是一种革命性的方法,在牛顿之前,从来没有人通过数学原理来解释各种自然现象,比如重力、浮力、摩擦力等,而牛顿将物理学各种现象,通过数学原理建立了完整的因果体系,这是前所未有的成就。

牛顿的理论标志着现代力学诞生、物理学诞生,而他创立的方法论深深的影响了后世的自然科学。

爱因斯坦

杨振宁先生评价爱因斯坦:“20世纪物理学的三大贡献中,两个半都是爱因斯坦的。”这三大理论为广义相对论、狭义相对论与量子力学,其中相对论是爱因斯坦一己之力创造的,而他解释了光电效应,与众多量子力学科学家波尔等人的争论推动了量子力学的发展,所以爱因斯坦也可称为量子力学的奠基人之一。

为什么爱因斯坦如此有影响力?爱因斯坦的很多工作具备开创性的贡献,他以一己之力撑起了现代物理学的半壁江山,建立了全新的时空、能量与物质的理论体系,突破了传统物理学的限制,近代物理学百年发展的历程都离不开爱因斯坦的影响力。前几年的引力波就是爱因斯坦广义相对论的预言。

当然,爱因斯坦的成就还有很多,比如布朗运动、固体量子论、受激辐射、玻色-爱因斯坦统计与玻色-爱因斯坦凝聚等等,任何一项拿出来都是诺贝尔奖级别。

当然,爱因斯坦还有更厉害的地方,就是会设计实验,因为相对论比较难以证明,爱因斯坦专门设计了实验来证明自己的理论,这太厉害了。

麦克斯韦

与前两位大神比较,麦克斯韦的知名度稍微弱一些,但其成就丝毫不差。麦克斯韦将电学、磁学、光学完美的统一起来,建立了电磁场理论。这个理论是电磁波技术的基石,同时也是理论物理学界至关重要的规范理论之概念的起源。

人类信息时代的所有成就时以麦克斯韦一手创造的理论发展的,同时麦克斯韦还是气体动理论奠基人,其在热力学与统计物理学、光学、力学、弹性理论等领域同样造诣匪浅,堪称物理学大师。

人们将麦克斯韦的理论精简为四个方程式,称之为麦克斯韦方程组。这组方程组简洁、对称、包罗万象,给出了经典电磁学规律的定量、统一、完整的描述,它是物理学里面最重要的方程组之一,为后面的相对论,量子电动力学的发展奠定了基础。

为什么麦克斯韦知名度不如牛顿、爱因斯坦?

牛顿是静电力学的集大成者,麦克斯韦是电磁学理论的集大成者,而爱因斯坦更是一手创立了现代时空理论,他们的成就可以说不相上下。

为什么知名度不一样?其实真正的科学家不会认为麦克斯韦比其他两人差。牛顿是物理学的奠基人,等于一手打造了物理学大厦的根据,而爱因斯坦在根基之上建立了支柱,堆起了部分墙体,而麦克斯韦在房间里面安装了电灯,电话,这是一座房子里面所必备的所有要素

但是没有牛顿的贡献,就没有后来所有的一切,所以牛顿当之无愧的排名第一,而爱因斯坦是现代物理学的奠基人,没有了相对论与量子力学的相关研究,现代物理学不会这么枝繁叶茂。麦克斯韦的电磁学理论有前辈法拉第安培高斯等人的贡献,并非一己之力达成的,所以相对来说影响力要小一些。

感谢朋友邀请。

在各种版本的物理学家排名中前三甲永远都是牛顿、爱因斯坦和麦克斯韦,这足以说明他们的科学成就。前三甲中对于第一排名争论比较多,但都是在牛顿和爱因斯坦之间产生,而麦克斯韦就稳坐第三名。个人认为历史上前十名的物理学家应该是:爱因斯坦、牛顿、麦克斯韦、波尔、海森堡、伽利略、费曼、狄拉克、薛定谔、卢瑟福,如果在继续往下排名大约在十五名之前会有杨振宁杨老的一席之地。

问题中“看起来”三个字值得我们说一下,这些科学家的知名度和科学成就并不是百分之百对应的,我们就来用霍金举一个例子。提到霍金大部分人都知道,你扪心自问一下,你了解霍金是因为他的科学成就、研究成果还是因为霍金的科普书籍《时间简史》?亦或者是霍金的身残志坚?

那我们继续探讨大家了解牛顿、爱因斯坦、麦克斯韦又是因为什么哪?牛顿在初高中物理中经常出现,牛顿三定律、万有引力定律等都是他的杰作,在数学上和莱布尼茨共同发展出微积分(有说是牛顿窃取的别人成果),经济学上提出金本位制度,还是一位伟大的炼金术士。而对于爱因斯坦更不必说了,他的相对论可以说是无人不知无人不晓,虽然大部分人都不知道相对论讲的到底是什么!除了相对论外就是他对量子力学做的贡献,以及在后期和量子力学哥本哈根派的论战等等。以上说这些都是他们比较重要科学成就的一部分。

虽然大家对麦克斯韦了解的少,但是并不意味着他的科学成就低

1873年麦克斯韦出版了经典巨著牛顿《论电和磁》,这本书被认为是可以和牛顿的《原理》比肩的。如果你对于牛顿《原理》一书都没什么概念,那么你就真的体会不到麦克斯韦的这本书是多么惊艳四座。

麦克斯韦认为电和磁是统一的,他提出的“麦克斯韦方程组”被认为是最优美的,这种美主要体现在数学之上,当然了小编不是这个专业也没有那个功底,尚无法欣赏它的美。看看大家能不能欣赏的出来…

爱因斯坦、牛顿、麦克斯韦三位科学家科学成就都非常的高,但是对于他们的排位个人主观性都很强,一千个读者就有一千个哈姆雷特。


文/科学黑洞

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迈克斯韦方程组太复杂了,一般人看不到,计算出来的东西,要么是左手判定的结果,要么是右手判定的结果,很多人左右都分不清楚,去讨论迈克斯韦方程组,很容易出丑。迈克斯韦方程的结果简单,电磁统一,不存在争议性,没有留下思想的空间,也就失去了炒作的价值了。

牛顿力学从中学就开始进行系统教学了,公式简单,应用很广。一般人也懂得运用牛顿力学进行简单的计算,一般人对生活中的大部分运动现象,多直接用大脑小脑去判断,不用牛顿的公式去计算。比如开车大部分人不知道自己车子的质量、最大的驱动力、车轮的摩擦力、最大拐弯半径等等。牛顿力学虽然应用很广,但不是专业人士,一般不使用而是靠经验判断,炒作的价值不高。

狭义相对论的公式简单易懂,计算出来的东西谁也说不清楚,高深莫测,想象空间无限,尺缩效应、光速不变原理、时间变长、时间变短、四维空间、时空穿梭、瞬间转移大法等等,老少皆宜,炒作空间无限,炒作价值无限。

广义相对论公式复杂,除了用引力透镜、引力波、水星进动、黑洞照片来喊相对论又赢了,没有什么新鲜感。

引力透镜的本质是大质量天体周围大气层产生的光折射,根据相对论预言的引力波属性制造探测器,一百年探测不出引力波,宇宙膨胀使水星公转半径加大,产生进动现象,黑洞照片与引力透镜自相矛盾。

迈克尔逊莫雷实验结果,只能证明电磁波属于机械波,光在地球相同状态的大气传播速度恒定不变,这个现象完全符合机械波的传播特点。光以“静止以太”为传播介质只是一个假设,实验结果只能证明了这个假设是错误的,无法证明电磁波不需要传播介质,无法证明“以太”是不存在的,无法证明光不能以“拽引以太”为传播介质。

大一统理论一直是物理学的重要研究方向,麦克斯韦统一了电磁,成就卓著,但个人认为物理学大师的排名应该是伽利略、牛顿、爱因斯坦位居前三,这三个人排名爱因斯坦第一。

简单说说为什么他们三个是物理学前三的理由,很简单,就是成就卓著?创造性的方法论。他们三人的物理学成就其实不分大小,毕竟都是站在前人的肩膀上取得的,而且在成就方面能比肩他们三人的也有,比如麦克斯韦。但是他们都在物理学研究方法论上有开创性贡献,这个才是他们排前三的理由。

1.伽利略最先把科学实验和数学分析方法相结合并用来研究惯性运动和落体运动规律,为牛顿对第一和第二运动定律的研究铺平道路,所以常被认为是现代力学和实验物理的创始人。简单来说,伽利略开创了实验物理和数学分析的研究方法,想想比萨斜塔实验,这就把以前物理学评直觉、甚至宗教神学方面解脱了出来。

2.牛顿即是物理学宗师,又是数学大家,这点尤其重要。他把微积分、统计学方面的知识运用到物理研究领域,极大的拓展了物理学研究方法,建立了完整的牛顿力学体系,使得“实验-数据分析-归纳原理-引申扩展”的研究方法趋于完善。总而言之,牛顿对物理学的主要方法论贡献是把高等数学工具引入了物理学领域。即使现代物理学也是通过这套方法研究的,想一想量子力学里普朗克辐射公式和薛定谔方程怎么出来的就明白了。

3.终于说到爱因斯坦了,他对于物理学的理论贡献就不说了,大家都比较清楚。这里主要谈谈方法论贡献。

大家先想一想,爱因斯坦之前的物理学家是怎么做研究的?

他们去做各种实验,去测量各种数据,然后去研究这些数据里的规律,最后用一组数学公式来“解释”这些数据,如果解释得非常好,他们就认为得到了描述这种现象的物理定律,然后顺带着发现了隐藏在理论里的某些性质,比如某种对称性。在这里我们能清晰的看到“实验-理论-对称性”这样一条线(也就是牛顿开创的方法),这也符合我们通常的理解。

但是,爱因斯坦把这个过程给颠倒了,他发现上面的过程在处理比较简单的问题的时候还行,但是当问题变得比较复杂,当实验不再能提供足够多的数据的时候,按照上面的方式处理问题简直是一种灾难。

比如,牛顿发现万有引力定律的时候,开普勒从第谷观测的海量天文数据里归纳出了行星运动的三大定律,然后牛顿从这里面慢慢猜出了引力和距离的平方反比关系,这个还马马虎虎可以猜出来。

但是广义相对论的引力场方程是二阶线性偏微分方程,这种复杂的方程要怎样从有限的几个实验数据里去凑出公式来?况且,广义相对论在我们日常生活里跟牛顿引力的结果几乎一样,第谷观测了那么多天文数据可以让开普勒和牛顿去猜公式,但是在20世纪初有啥数据让你去猜广义相对论?水星近日点进动问题是极少数不符合牛顿引力理论的,但是人们面对这种问题,普遍第一反应是在水星里面还有一颗尚未发现的小行星,而不是用了几百年的牛顿引力有问题。退一万步说,就算你当时认为那是因为牛顿引力不够精确造成的,但是就这样一个数据,你怎么可能从中归纳出广义相对论的场方程?

爱因斯坦意识到当理论变得复杂的时候,试图从实验去归纳出理论的方式是行不通的,洛伦兹不就是被迈克尔逊-莫雷实验牵着鼻子走,最终才错失发现狭义相对论的么?实验不可靠,那么爱因斯坦就要找更加可靠的东西,这个更加可靠的东西就是对称性!

于是爱因斯坦在物理学的研究方式上来了一场哥白尼式的革命:他先通过观察分析找到一个十分可靠的对称性,然后要求新的理论具有这种对称性,从而直接从数学上推导出它的方程,再用实验数据来验证他的理论是否正确。在这里,原来的实验-理论-对称性变成了对称性-理论-实验,对称性从原来理论的副产品变成了决定理论的核心,实验则从原来的归纳理论的基础变成了验证理论的工具。理解这一转变非常的重要,后面的物理学家都是这么干的。

爱因斯坦利用这样思路,先确定了广义坐标不变性,然后从这个对称性出发得到了一套新的引力理论,这就是广义相对论。这也是为什么其他科学家看到广义相对论之后一脸懵逼,而且说如果不是爱因斯坦,恐怕50年之内都不会有人发现这套理论的原因。

总结一下,伽利略是现代物理学的奠基人,牛顿是发扬光大的集大成者,爱因斯坦是天才的颠覆者。我们都很清楚,在一张白纸上开创一番事业往往相对容易些,但是在既有道路上完全颠覆传统,开创一个崭新的道路却需要极大的勇气和天才的思维方式,所以个人认为爱因斯坦更厉害一点。

因为麦克斯韦身体非常不好,40多岁就死了,牛顿和爱因斯坦活了七十多岁。牛顿和爱因斯坦的科学生涯都是50多年,而麦克斯韦的科研生涯只有这两个人一半。学术界一般认为自然科学的雏形是从伽利略开始的时候,而牛顿创立了全新的数学体系,并以此为基础在真正意义上确立了自然科学这一学科,因此牛顿独一档。爱因斯坦的理论体系中,很多数学推导不是他独自完成的,这说明他仅仅没开辟新的数学领域,甚至连当时现有的数学工具都不能熟练掌握,爱因斯坦其实比牛顿低一档。而麦克斯韦也比牛顿低一档,但是从麦克斯韦的人生轨迹来看,如果他能健健康康活到70岁,很有可能在真正意义上比肩牛顿。

如果说人类物理学史上三位最伟大的物理学家,非牛顿,麦克斯韦和爱因斯坦莫属,事实上他们三人也应该是一个档次的,属于第一集团,而且只有他们三人属于第一集团,其他物理学家都在他们之后。

牛顿和爱因斯坦分别是他们各自时代最伟大的物理学家,而麦克斯韦是牛顿时代与爱因斯坦时代之间最伟大的物理学家,这样评价他们或许是最贴切的。

那么,为何麦克斯韦感觉会比牛顿和爱因斯坦第一档呢?

牛顿,不用多说,开创了人类近代物理学的先河,他的经典力学理论至今仍旧统治着我们的世界,单凭这点,牛顿的伟大不容置疑。牛顿两个字在初中高中物理课本中出现的频率很高,几乎人人皆知。

而爱因斯坦的伟大更多的体现在思想的颠覆性,完全颠覆了牛顿的绝对时空观,相对论完全颠覆了我们对周围现实世界的感知,至今仍旧有不少人不愿意相信相对论的颠覆性。更重要的是,如今爱因斯坦四个字已经不仅仅是人名了,更是“智慧的化身”!

麦克斯韦对于电磁学的贡献重大,麦克斯韦方程组甚至被认为是人类历史上最美的公式,对于物理学的贡献不亚于牛顿经典力学和爱因斯坦相对论。但毕竟电磁学属于相对晦涩难懂的概念,普通人并不太容易理解。就好比杨哲宁的宇称不守恒,还有杨-米尔斯理论,同样十分伟大,但又有几个人理解呢?

牛顿还有和莱布尼兹一起微积分的贡献,在现代数学物理中作用没有人能替代的。

谢邀!

首先, 麦克斯韦统一了电磁学这一说法可能值得商榷。其在前人基础上总结并推导出的麦克斯韦方程组实际上是存在严重缺陷的。为此本人专门写了一篇这方面的文章,有兴趣的朋友不防一阅;

其次,牛顿的伟大在于其总结的三定律和万有引力定律是目前物理学的基础,其地位不可动摇。但爱因斯坦则不然,他可能不仅不能与牛顿相提并论,还可能是目前物理学走入歧途的元凶之一。其提出的相对论和用光子解释光电效应均是不正确的。这方面的本人写了不少文章,现附后,请有兴趣的朋友参与讨论

总之,目前的物理学界需要早日拨乱反正才行。

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