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| 中外科学家发明家丛书：麦克斯韦 （十） | 发布于:2016/04/13 | |
| 他首先着手的是拉普拉斯留下的固体环理论，并确定了一个任意形状环 的稳定性条件。麦克斯韦依据环在土星中心造成的势，列出了运动方程式， 获得了对匀速运动的势的一阶导数的两个限制，然后由泰勒展开式又得到关 于稳定运动二阶导数的三个条件。麦克斯韦又把这些结果换成关于质量分布 的傅立叶级数的前三个系数的条件。因而他证明了，除非有一种奇妙的特殊 情形，几乎每个可以想象的环都是不稳定的。这种特殊的情形是指一个均匀 环在一点上承载的质量介于剩余质量的4.43倍到4.67倍之间。但是这种特 殊情况的固体环在不均匀的应力下会瓦解掉，所以固体环的理论假说是不能 成立的。 出于非固体环的考虑，麦克斯韦通过把对环的形状扰动展开为某个关于 波的级数，审查了各种环的稳定性。他取一个起始模型，是一个由空间间隔 相同，质量全都相等的许多固体卫星组成的环，更复杂的结构以后就可以同 这个模型加以对照。光环的运动可以分解为四种：以恒定角速度绕土星的转 动，沿着环平面的径向、切向和法向的小量运动。通过数学方法的复杂运算， 麦克斯韦最后得出光环的稳定性取决于切向力的结果，并指出定义切向力的 那个参数必须在0与0.07倍的角速度平方之间。 这篇论文获得了1857年剑桥的亚当斯奖，那年他年仅26岁。他论文中 的基本点即土星光环是由一群离散的质点构成的，在1895年被科学家贝洛波 尔斯基和基勒用光谱观察证实。这篇论文和麦克斯韦在此方面的工作中，因 为当时条件有限，计算和结果中还有一定的误差，以及一些没有考虑到的因 素在内，但是论文的基本结论还是正确的，也为后人的研究指明了方向。从 这篇论文开始，我们可以看到麦克斯韦在科学上已经走向成熟。 麦克斯韦因此而获得了成功，在这样一个重要的经典问题上的成功给了 他数学上的自信，这种自信心对他以后的科学工作影响很大。在论文《土星 光环》中，麦克斯韦确立了典雅的文学笔调和精辟的数理分析。在他以后的 有关电磁学的伟大论文中，他仍然继续保持着这种技术分析水平，并且在物 理学和哲学的洞察力上具有划时代的进步。这些还表现在麦克斯韦同时期进 行的有关色视觉和气体力学研究上。 |
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