书城传记破解电磁场奥秘的天才:麦克斯韦
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第21章 好学、多思,勇于创新的学生时代(4)

汉弥尔顿则认为几何学是数学最重要的分支。代数的方法像黑暗的隧道,因为一个答案只有借助符号按程序操作(但演算的人并不了解这样做的原因)才能得到。在代数中,虚数的运用建立在这个符号上,它代表负1的平方根,对于归纳主义的常识派来说,它实际上并不存在,他们称虚数为“不可能的量”。同理,微积分也是建立在无穷小量的基础E,这个无穷小存在吗?几何学家不允许对事物的关系作这样的推理。现在看来,凯兰是对的。因为20世纪整个物理学都建立在虚数的使用上。微积分对科学来说是极其有用的。对一个通才来说,数学的训练十分重要,它远远胜过几何的训练,它强凋清晰、创建性、逻辑和生气勃勃的思想,其基本的规则是简单的。在这场争论中,福布斯是胜利者,他灵巧、机敏、聪明的政治手腕赢得了凯兰的任命。

麦克斯韦在学校学的数学是几何学,他非常喜欢几何学的方法。他的一个同学清楚地记得这么一件事:“有一天上课,老师在课堂上提出了一个很难的问题,大家都解不上来,这时麦克斯韦说这个问题可以用几何方法解吗?老师回答‘可以’。于是他画了几条辅助线,就解出了这个问题。”

这是麦克斯韦长于形象思维的例子,只要他愿意,他就可以做到。在爱丁堡大学,麦克斯韦读了大量的书籍,所以他的数学知识十分丰富。在大学的图书馆里,记录了麦克斯韦借阅过傅利叶的《热理论》、蒙日的《画法几何学》、牛顿的《光学》、威利斯的《机械论原理》、柯西的《微分学》、泰勒的《科学笔记》、布尔的《逻辑的数学分析》、布瓦松的《力学》等等。像他之前的汤姆逊一样,麦克斯韦被傅利叶的思想所惊倒,他称它为“伟大的数学诗篇”,并花钱买了一本(当时是很贵的,25先令)。当然,如果要问在福布斯和汉弥尔顿的争论中,他站在哪一方,当然是站在汉弥尔顿一方,他是学校全才教育的产物,他并不专某一学科。

在大学期间,他热爱哲学,但几何学又是他十分喜欢的数学分支,这两门学科对一个物理学家来说都是有用的。这样看来,传统的苏格兰学校教育,对他并没有什么害处。他认为搞科学研究,就要与自然密切联系,使自己的感官更为灵敏,在乡村长大的孩子在这方面尤其有长处。他认为在乡下度假是最好的学习,因为这可以摆脱一切束缚,潜心研究自己喜欢的问题。在夏天和福布斯教授一块散步、聊天是十分令人惬意的事。教授是一个和蔼可亲的人,他总是把自己的职业与技巧结合得很好。他因为发明了地震检波器而有很高的声誉。他对地质学和物理学都有浓厚的兴趣。他经常下乡上山作科学考察,被人们称之为“阿尔卑斯山的发现者”,因为他爬过这座山以研究这里的冰川。

在福布斯的实验室里工作时,麦克斯韦渐渐认识到,科学而非法律,才是自己人生的正确道路。他掌握了实验的技术,知道如何评价物理!学中实验的地位。福布斯不喜欢数学物理学家发明数学模型的游戏,因为他认为这与物理问题没有什么关系。

福布斯告诉麦克斯韦,清晰和准确地表达自己思想的重要性。麦克斯韦变得成熟起来,这是因为福布斯和汉弥尔顿教导的结果。他就要去剑桥了。要在科学上有所成就,剑桥是绕不过的。在他离开苏格兰之前,他参加了在爱丁堡的英国协会,还是在这里的一次聚会上,批评了著名的大卫·布吕斯特的光学而引起了听众们的注意。

3.剑桥:浓郁的数学氛围

剑桥的人才选拔制度建立在荣誉学位考试上,成绩优秀是一个年轻科学家的先决条件。不光对科学如此,在拉丁文和希腊文中,要获得荣誉学位也必须在这种考试中拿到好的成绩。

一个学生若在这个考试中成绩优秀,那就前途光明,就可能成为高等法官或主教。在19世纪上半叶,大约有40个主教都是在荣誉学位考试中取得第一名的人。

荣誉学位考试由7个整天构成,在进入剑桥后第四年冬天进行,大致要回答200多个问题。前3天的考试主要是标准的基础研究内容(欧氏几何原理),大多数学生均可以通过这种考试。但想要获得古典文学和数学荣誉学位的人们,还得参加4天非常难的考试,题也很多。在数学上考得最好的人们最后还要参加一次史密斯奖的考试。这个奖的专业性很强,题目更难,并且没有准备时间,可以说全凭天赋。

本科生必须学习指定的课程,有些课可以凭兴趣选择。学生获得知识主要是借私人教师的辅导。社会上有一批在数学上很有造诣的人,他们的目的就是为了让学生通过荣誉学位考试,一旦学生通过了考试,他们就会获得丰厚的回报。他们的教学目的及方法完全是为了获得考试成功(今天,我们称之为应试教育)。主要是训练学生经常进行这样的考试演练,老师要求学生们做题很快,很准确,并能正确地解决问题,而不是掌握这门课的真正内容。老师对学生要求十分严格,经常打骂他们。麦克斯韦的老师共有15个学生。

因为这种考试在1月份进行,在一个空旷的不生火的大房子里,考生们还得忍受从西伯利亚吹来的刺骨寒风的折磨。不少考生是有钱人家子弟,他们吃喝玩乐,声色犬马,不务正业。

他们怎能忍受这种苦难,所以就走歪门邪道。到麦克斯韦来三一学院时,情况有了些改善。他一开始在彼德豪斯学院学习,汤姆逊和泰特比他早一些来到这里。这个学院很小,但名气很大,因为这里聚集了不少著名的数学家。在彼德豪斯学院,麦克斯韦的对手是E·J·路斯,他在麦克斯韦来那一年获得荣誉学位考试第一名,是一个极其优秀的数学家。彼德豪斯实际上是一个数学家的摇篮。

三一学院是剑桥大学最大的学院,也是学术气氛最自由的学院。在这里,麦克斯韦找到了自己的朋友,他的数学天才之花开始怒放。第一年考试,他成为威廉·霍普金斯荣誉学位考试的第15名。霍普金斯公认是剑桥培养荣誉学位考试第一名的缔造者。一年又一年,他的学生连续折桂。

在他的学生中,不少人成为伟大的科学家,、比如斯托克斯(Stokes)、汤姆逊(Thomson)、泰特(Tait)、路斯(Rout)、麦克斯韦、埃利斯(Ellis)和盖利(Cayley)。他的成功除了技术上的原因之外,主要是发挥学生的主观能动性,让学生参与教学过程。他引导、启迪学生的智慧焕发,这是他成功的真正秘诀。

更重要的是,他本人就是一个从事实际工作的科学家。他原是一个乡绅,妻子去世后,他来到剑桥,在荣誉学位考试中成绩不错,但没有人选。于是他又结了婚,留在了剑桥大学当起了私人家庭教师,专门辅导参加这种考试的学生。在此期间,他对诸多学科发生了兴趣,成为不列颠协会的创始人。他还是一个有创见的地理学家。也许他的乡绅生活激发了他的灵感,使他转向对地理学的研究。他研究了地球的内部构造(后来,汤姆逊就利用了老师的研究成果反驳某些地质学家),提出造山运动的过程和冰川的数学理论。在这里,他与福布斯发生了分歧。他最后主张:“一种精确的理论应能解释冰川中每个原子的具体运动。”在剑桥大学的良好传统中,霍普金斯建立了一个虽不完美但很有特色的冰川理论的样板。

在爱丁堡,麦克斯韦学会了如何从两个论敌(福布斯和汉弥尔顿)的思想中吸收养料,在剑桥也是如此,他学会了从剑桥的应用数学传统中吸收有用的东西,但又不拒绝福布斯提出来的直觉感及天赋论。他现在学到的最重要的技艺是明智的近似法技巧。为了解一个方程,就要丢开数学上的确切性。这种技巧告诉人们,在不破坏物理学的条件下,可以去掉哪些项。霍普金斯开始认识到麦克斯韦的天才。他对罗森(W.M Lson)说:“毫无疑问,麦克斯韦是我所遇到的最出色的杰出人物。从表面看,他没有什么特别之处,虽然有时他也在分析中出错。但他又显出是一个天才,他有一些奇特的品质,我可以预言总有一天,他会像太阳那样照耀物理学界。”

对于麦克斯韦来说,准备参加荣誉学位考试是很容易的,他有充分的时间发展自己的兴趣。罗森说,麦克斯韦喜欢谈论一切事情。

他知识渊博,眼界开阔,思想敏锐,具有韧性又很谨慎。尽管如此,麦克斯韦并不懈怠。他由于日夜苦读而害了病,痊愈之后,他更信宗教了。结果,在这次荣誉学位考试中,他获得了第二名,父亲为他没有拿到第一名而惋惜。