麦克斯韦(Maxwell)的遗产：一位微波工程师的心得体会-1

自从我学会了如何从右端握住电烙铁后，与射频相伴的工作便成了我的酷爱。数字化电磁学（EM）已经吸引了我过去二十年的注意力。渐渐地，我开始了以“在过去的好时光”的方式来回味麦克斯韦方程。我开始对麦克斯韦这个家伙产生了兴趣（图1）。历史学家们公认他是19 世纪最出色的物理学家，与爱因斯坦（Einstein）和牛顿（Newton）齐名。任何一个书店或图书馆都有爱因斯坦和牛顿的传记…那么麦克斯韦的传记又在哪里呢？

图 1 詹姆斯·克拉克·麦克斯韦创建了电磁场理论，并且被认为与牛顿和爱因斯坦齐名。

确实，很难找到麦克斯韦的传记。在过去大约十年中，我做了很多努力找到了一些，并且在管理公司，编程，写文章和做研究之余，我已经决心要了解一点我们领域的这位创始人。虽然无论从哪方面讲我都算不上是一个历史学家，但我愿意与你们分享从一个微波工程师的视角出发所得到的一个体会。为此我所取得的一个成就便是作为一个MTT-S 杰出演讲人无偿地来讲述“詹姆斯·克拉克·麦克斯韦的一生” [1] 。在这篇文章中，我花费了比演讲所允许的更多的时间详细地讨论了影响麦克斯韦最重要的遗产的事件。有趣的是，他最重要的遗产并不是位移电流。甚至不是麦克斯韦方程。

了解麦克斯韦一生最好的信息来源可能是刘易斯·坎培尔（Lewis Campell）和威廉·加内特（William Garnett）所写的1882 年的传记[2]。图2 是来自于传记的根据现实场景所绘制的水彩画。这幅画展示出当麦克斯韦还是个孩子时便对波现象（小提琴）产生了兴趣。通常，这本书只能在大图书馆的稀有图书室中才能找到。我们还是回到当我第一次对麦克斯韦产生兴趣时，我得到了一本这样的书，我对它进行了扫描，再转为文字形式，这是一个相当长的处理过程。今天，你可以从[3]所列出的网址上免费下载PDF 格式的完整的传记，包括第二版中的特别部分。

图 2 在麦克斯韦六岁时，他便对小提琴是如何工作的产生了兴趣，完全忽略了舞蹈者。这幅画是取自描述生活情景的水彩画。

坎培尔在下面这段话中预示了还是个孩子的麦克斯韦未来的工作：

但是他最感兴趣的事还是户外活动…跨越沟渠，爬树，看着树倒下，并且在它们倒下时爬上去进行盛大的游戏，在七月的热天去捅马蜂窝，吹肥皂泡，惊异于它们颜色的改变…

我相信对一个年轻男孩子来说，从正在倒地的树上往下跳，捅马蜂窝来玩是非常刺激的，但是他对肥皂泡的兴趣才说明了他的未来。

在亚里斯多德时代之前，光的本质便成为人们思考的课题。在麦克斯韦之前的一个世纪里，牛顿理论和惠更斯理论（图3）在为征服自然哲学家的思想而进行着竞争，在那时，他们被认为是物理学家。牛顿认为，光是很小的微粒，颜色是由于微粒加速穿越以太时发生振动而产生的。惠更斯认为光完全是一种波动现象，是在以太中进行传播的。

图 3 （a）牛顿和（b）惠更斯在18 世纪提出了具有竞争性的光理论（微粒与波）。