詹姆斯·克拉克·麥克斯韋（James Clerk Maxwell，1831年6月13日-1879年11月5日），英國物理學家、數學家。經典電動力學的創始人，統計物理學的奠基人之一。
麥克斯韋于1831年6月13日出生在英國愛丁堡。1847年，他在愛丁堡大學開始學習數學與物理，后轉至劍橋大學并于1854年畢業。麥克斯韋在劍橋期間發表了關于電磁學的開創性論文，并隨后在蘇格蘭阿伯丁馬里夏爾學院擔任自然哲學教授。1858年，他發表了關于土星光環穩定性的研究。1860年，麥克斯韋成為倫敦國王學院的教授，并于1861年入選倫敦皇家學會。期間，他發展了電磁作用的力學模型，引入了位移電流的概念，并提出了描述電磁現象的基本微分方程組。1871年，麥克斯韋被任命為亨利·卡文迪許實驗物理學教授，并成為卡文迪什實驗室的首任主任。他在1879年11月5日于劍橋逝世。
麥克斯韋所作的《論電和磁》被視為物理學經典之一，他提出的麥克斯韋電磁學理論對物理學產生了深遠影響。他在光學領域提出了光譜色、飽和度和照度三個光學變量的區分。在力學領域，他推廣了用偏振光測量應力的方法，并提出桁架內力的圖解法。他在熱力學、統計物理學和其他領域也取得了成就，被認為是氣體動理論的創始人之一。1931年，在紀念麥克斯韋誕生100周年時，阿爾伯特·愛因斯坦把麥克斯韋的電磁場貢獻評價為“自牛頓時代以來物理學所經歷的最深刻最有成效的變化。”
人物生平
早年經歷
1831年6月，麥克斯韋出生于蘇格蘭的愛丁堡，其父約翰·克拉克（John Clark）是一名律師。詹姆斯出生后不久，約翰·克拉克繼承了先祖的遺產，便舉家搬遷至柯爾庫布里郡的格倫菜爾。麥克斯韋母親去世后，約翰·克拉克為麥克斯韋找來一位私人教師指導他學習。1841年，麥克斯韋進入愛丁堡學會就讀。
嶄露頭角
麥克斯韋在1845年因一篇關于圓錐曲線幾何作圖的論文獲得獎勵，1847年進入愛丁堡大學，并在學報上發表兩篇科學論文。1850年他轉至劍橋大學深造，期間發表了《論法拉第的力線》等論文，標志著他開始專注于電磁學領域的研究，并獲得了三一學院的獎學金。
1856年，麥克斯韋成為馬里夏爾學院的自然哲學教授，并在1857年的亞當斯獎競賽中研究土星環的運動。他通過研究資料得出土星環不可能是連續固體或液體環的結論，并認為這些形態都會影響環的穩定性。麥克斯韋因此獲得了1857年度的亞當斯獎，其研究成果得到了英國皇家天文學家喬治·艾里（George Biddle Avery）爵士的高度贊賞。
投身工作
1860年，麥克斯韋離開阿伯丁港前往倫敦皇家學院任教，在一年中要花9個月進行教學的同時進行電磁學領域的研究并做出許多成就。1864年，麥克斯韋向倫敦皇家自然知識促進學會遞交電磁學論文，為證明電流產生電場和磁場的原理以及電場與磁場之間的關聯性，他采用數學工具建立4個數學方程式，即“麥克斯韋方程”。通過該方程組在解釋電磁感應現象的同時，提出光實質是一種電磁波的觀點，首次將光學和電磁學聯系在一起。同年，麥克斯韋發表《色視覺理論》的論文，用數學語言對三原色理論進行論證，并指出色盲癥的根源是對紅色色感的缺少導致，而他也因此獲得拉姆福德獎章。次年，麥克斯韋首次提出實現彩色攝影的具體方案，通過紅綠藍三種顏色對黑白照片進行疊加從而獲得彩色照片，最后三原色理論也成為當代彩色攝影的基礎理論。
1865年，麥克斯韋回到蘇格蘭的格倫萊爾，從事研究氣體運動，在詹姆斯·焦耳（James Joule）等人研究氣體運動的基礎下，他認識到并非所有氣體分子都按照同一速度進行運動。隨后他又經過推導求出氣體中分子按照某一速度運動的百分比公式。
英年早逝
1871年，麥克斯韋在物理學上所獲得的成就而被劍橋大學聘請為首位卡文迪實驗物理學教授，而他在上任三年后，創建亨利·卡文迪許實驗室，同時擔任該實驗室第一任主任。之后的麥克斯韋投入到卡文迪什留下的科學草稿的整理工作中，期間還放棄自己的研究，最后麥克斯韋在整理期間身患癌癥，于1879年11月去世。
科研成就
電磁學
麥克斯韋是經典電磁理論的奠基者之一。他接受并系統地概括邁克爾·法拉第的基本思想和實驗法則，并對它們進行富有創造性的數學解釋、推廣和補充。在他的論文《論法拉第的力線》中，他提出電流與磁場之間的導數關系式，這標志著他首次利用數學工具來描述力線概念。在1861年至1862年間，他構思了電磁作用的力學模型，引入位移電流的概念，并指出變化的電場可以引發出“渦旋磁場”，從而對法拉第的電磁學做出實質性的補充。1864年，麥克斯韋在位移電流和電荷守恒定律相容的前提下提出了聯系著電荷、電流、電場和磁場的基本微分方程組。這一方程組經過后人的整理和改寫，成為經典電動力學的主要基礎——麥克斯韋方程組。而電磁現象的規律得以用數學形式嚴謹地描述，標志著物理學歷史上的一個重要里程碑，也成為了所有場論的典范。
麥克斯韋方程組
麥克斯韋方程是一組描述電場、磁場與電荷密度、電流密度之間關系的偏微分方程，由四個定律組成:描述電荷如何產生電場的高斯定律、論述磁單極子不存在的高斯磁定律、描述電流和時變電場怎樣產生磁場的麥克斯韋-安培定律、描述時變磁場如何產生電場的法拉第感應定律。
式中，為磁場強度為電場強度為電位移向量，用于描述電場的輔助物理量，用符號表示，其定義式為，式中，為電場強度；為極化強度：為真空介電常數，為電位移為磁感應強度為總電荷密度
光學
麥克斯韋在1849年在愛丁堡的福布斯實驗室開始色混合實驗。實驗主要是觀察一個快速旋轉圓盤上的幾個著色扇形所生成的顏色。麥克斯韋和福布斯首先做出的一個實驗是使紅、黃、藍組合產生灰色，但失敗了。接著，麥克斯韋又改進了他們的色螺旋盤。當色盤旋轉的時候，這些顏色就在眼睛中混合起來。通過反復實驗、比較，麥克斯韋根據各種顏色顯露的角度，列出色方程式。實驗后，麥克斯韋正確地區分了三個新的光學變量——色彩（光譜色）、色輝（飽和度）、色蔭（照度）。他證明：各種顏色都可由三種光譜刺激源的混合配成。并證實了托馬斯·揚關于色視覺的三個感受器的理論，證明了色盲的原因是一個或多個感受器的無效。1861年，麥克斯韋在皇家研究院向聽眾們映示第一張三原色彩色照片，為后來的光學研究和彩色照片的誕生打下基礎。
力學
麥克斯韋在力學方面的貢獻主要有：1853年推廣用偏振光測量應力的方法；1864年提出結抅力學中桁架內力的圖解法，指出桁架形狀和內力圖是一對互易圖，并提出求解靜不定桁架位移的單位載荷法。1868年對粘彈性材料提出一種模型（后稱麥克斯韋模型），并引進松弛時間的概念。同年在《論調節器》中分析了蒸汽機自動調速器和鐘表機構的運動穩定性問題。1870年將G.R.艾里提出的彈性力學中的應力函數由二維推廣到三維，并指出它應滿足雙調和方程。1873年給出荷電系統中引力和斥力引起的應力場。
土星光環理論
麥克斯韋于1858年發表的論文《土星光環》。在這篇論文中，麥克斯韋首先考慮了皮埃爾-西蒙·拉普拉斯關于固體環的理論，并確定了一個任意形狀的穩定條件。他根據環在土星中心造成的勢列出了運動方程式，并通過數學推導得出了環的穩定性條件。他證明了除非特殊情形，幾乎每個可以想象的環都是不穩定的，但是這種特殊情形的固體環在不均勻的應力下會瓦解掉，因此固體環的理論假設是不能成立的。麥克斯韋進一步審查了各種環的穩定性，將光環的運動分解為四種，并得出結論認為光環的穩定性取決于切向力的結果，指出定義切向力的參數必須在特定范圍內。
熱力學與統計物理學
麥克斯韋在熱力學與統計物理學領域也做出重要貢獻，他被視為氣體動理論的創始人之一。1859年，麥克斯韋首次運用統計規律提出麥克斯韋速度分布律，為從微觀量求統計平均值找到更準確的方法。1866年，他提出一種新的推導方法，用于分析分子按速度分布函數，該方法基于對正向和反向碰撞的分析。之后他引入弛豫時間的概念，并發展了一般形式的輸運理論，將其應用于擴散、熱傳導和氣體內摩擦過程。1867年，他引入了“統計力學”這個術語。麥克斯韋擅長運用數學工具分析物理問題，精確地表達科學思想。他非常重視實驗，在他的領導下，卡文迪什實驗室成為世界知名的學術中心之一。
主要論文與著作
論物理的力線
在這篇論文中，麥克斯韋首次提出位移電流概念，并假設了有旋電場的存在，指出這種場的電力線是閉合的
電磁場的動力學理論
麥克斯韋建立了電磁現象的完整的力學模型，把握住隱藏在紛繁的電磁現象背后浮現出來的某些本質特征之后，便放棄了牽強的磁渦旋和惰輪性電粒子的構想，在實驗事實和普遍的動力學原理的基礎上，提供一個全新的理論框架一電磁場的動力學理論
論氣體動力學理論
麥克斯韋放棄氣體分子的鋼球模型和三個速度無關的假定，在更嚴格的條件下重新推導自己的氣體速度分布規律，使之建立在更為嚴密的基礎之上，隨后又提出能量均分定理
社會任職
榮譽獎項
個人生活
麥克斯韋性格羞怯沉默且從小稍有口吃，但他在討論自己所感興趣的物理問題時，就像是換了一個人一樣，變得口齒伶俐，渾身散發著因靈感進發而興奮不已的光芒。大多數時候，麥克斯韋還是一副文質彬彬、溫和寡言的樣子，這樣的性格并不招學生喜歡，只有極少數的優秀學生能夠跟得上他跳躍的思路和簡潔的語言。
人物關系
人物軼事
在麥克斯韋尚小時，有次父親叫他畫靜物寫生，對象是插滿金菊的花瓶。麥克斯韋畫畢，父親便笑了起來。因為滿紙涂的都是幾何圖形：花瓶是梯形，菊花成了大大小小一簇圓圈，還有一些奇奇怪怪的三角形，大概是表示葉子的。父親覺得麥克斯韋似乎很有數學天賦，便開始教他幾何學，后來又教他代數，從此麥克斯韋就與數學結下了不解之緣。
人物評價
“我們當中的一部分人在我們之后還會活著，他們或大或小地影響著整個人類和宇宙。這就是不朽的靈魂。靈魂有大有小……莎士比亞和艾薩克·牛頓的靈魂是驚人地大。這種人在他們去世后依然有美好的影響。麥克斯韋就是這種人當中的一個。他的靈魂依然會長久地活在更多人的心中，乃至在幾百年后還像閃亮的恒星那樣發出耀眼的光芒，這些恒星發出的光須好多年才能到達地球。”——亥維賽（Hevester）（英國物理學家）
“麥克斯韋的建樹是艾薩克·牛頓以來，物理學最深刻和最富有成果的工作。”——愛因斯坦（物理學家）
“他的工作成就非常引人注目。其實相對于他提出的卓越觀點而言，他的個性更加突出。他的思路敏捷而富有跳躍性，讓人難以捉摸，言談之間常常是一個題目還沒有講完就跳到另一個題目上。”——威廉·湯姆遜（英國數學家、物理學家）
“麥克斯韋將數學應用于物理問題，這是我曾經遇到過的最出色的解決方法。”——喬治·艾里（英國皇家天文學家）
“幾萬年以來，從漫長的人類史來看，毫無疑問，麥克斯韋提出的電磁學理論是19世紀最重大的發現。”——理查德·費曼（物理學家）
后世紀念
麥克斯韋基金會
為紀念麥克斯韋對科學做出的巨大貢獻，傳遞他淡泊名利、嚴謹治學的精神，愛丁堡成立麥克斯韋基金會，并將印度街14號作為麥克斯韋基金會的場所，供來自各地的科學家們交流，同時展覽麥克斯韋的手稿和照片。
麥克斯韋縫
土星環之間的縫隙以蘇格蘭物理學家詹姆斯·克拉克·麥克斯韋的名字命名，他證明了土星環必須由無數個單獨的粒子組成，而不是固體的同心環。
詹姆斯·克拉克·麥克斯韋大廈
James Clerk Maxwell 大樓 （JCMB） 是愛丁堡大學國王大樓的行政和教學中心，位于市中心以南約 2 英里處。
參考資料 >
James Clerk Maxwell, Master of Electromagnetism.ThoughtCo.2024-12-29
James Clerk Maxwell.Darwin, Then and Now.2024-12-29
James C. Maxwell.Biography.2024-12-29
James Clerk Maxwell.THE ROYAL SOCIETY.2024-05-07
物理學史站 | 麥克斯韋的主要成就.福建師范大學物理與能源學院.2023-12-25
麥克斯韋.湖南人文科技學院.2023-12-25
麥克斯韋，J.C..中國大百科全書.2024-04-10
PIA09857: Maxwell's Namesake.Planetary Data System.2024-05-07
詹姆斯·克拉克·麥克斯韋大廈 （JCMB）.THE UNIVERSITY OF EDINBURGH.2024-05-07