詹姆斯·克拉克·麦克斯韦

1879 年，麦克斯韦在剑桥去世；同一年，爱因斯坦在德国乌尔姆出生。物理学史仿佛安排了一场无声的交接：正是麦克斯韦的电磁场方程，埋下了相对论的种子。后来，爱因斯坦的书房墙上挂着三幅画像——牛顿、法拉第，还有麦克斯韦。

「呆瓜」与十四岁的论文

麦克斯韦生于爱丁堡，在苏格兰西南部的格伦莱尔庄园长大。这个孩子见到什么都要追问「它是怎么动起来的」。进了爱丁堡公学，乡下口音和古怪的衣着让同学们送他一个外号：「呆瓜」（Dafty）。「呆瓜」十四岁就写出一篇研究卵形曲线画法的数学论文；因为作者年纪太小，只能由福布斯教授代他在爱丁堡皇家学会宣读。

土星环与分子的舞蹈

土星环是固体、液体，还是别的什么？1857 年，麦克斯韦用严密的力学分析摘得剑桥亚当斯奖：固态环会碎裂，液态环会散架，光环只可能是无数小颗粒组成的「碎石带」。一百多年后，「旅行者号」探测器飞掠土星，证实了这个用纸笔得出的答案。随后他把同样的眼光投向气体：单个分子的乱撞无法追踪，亿万个分子的整体却服从精确的统计规律。1860 年的麦克斯韦速度分布律是物理学第一条统计定律，温度与热从此有了分子层面的解释。

把法拉第的力线翻译成数学

数学家们轻视法拉第的力线，麦克斯韦却认定那些「图画」里藏着真理。他先用流体类比、再借助精巧的机械模型，把力线一步步翻译成微分方程，还补上了关键的一块拼图：变化的电场也会产生磁场。补上之后，方程立刻预言出一种以固定速度传播的波；用纯电磁实验测出的常数一算，这个速度与光速几乎严丝合缝。「我们几乎无法回避这样的推论」，他在 1862 年写道——光就是电磁波。1865 年，《电磁场的动力学理论》把这一切铸成完整的场方程；今天课本里四条简洁的矢量形式，是后来赫维赛德整理的。顺带一提：1861 年，他还依据自己的三原色理论主持拍摄了世界上第一张彩色照片。

一只不守规矩的小妖

1867 年，麦克斯韦在给友人泰特的信里设想了一个装置，用来试探热力学第二定律的底线。

一个盒子被隔板分成两半，两边装着同温度的气体。隔板上开一扇小门，门旁坐着一个「有限的存在」，它能看清每一个分子。快分子飞向右边时它开门放行，慢分子飞过来时它关门；对左边反之。不做功，不加热，只是开门关门。过一阵，右边变热，左边变冷。

热自发地从冷处流向了热处。第二定律被违反了。

麦克斯韦提出它不是为了推翻热力学，恰恰相反：他要说明第二定律是统计性的，不像牛顿定律那样对每一个分子都成立。它之所以从不失效，只因为分子多到让反例的概率小得没有意义。

这个后来被开尔文叫作「妖」的小东西，此后一百五十年没被彻底赶走。1929 年西拉德指出关键在于妖获取信息要付代价；1961 年兰道尔与后来的本内特论证，真正躲不掉的代价发生在妖擦除记忆的那一刻——抹掉一比特信息至少要耗散 $kT\ln 2$ 的热。这段一百多年的公案，本站「西拉德引擎」一页有详细的来龙去脉。

热力学与信息论就在这只小妖身上接通了。今天计算机为什么必然发热、可逆计算最多能省下多少能量，源头是麦克斯韦 1867 年那封信。

未及看到的黎明

1871 年，麦克斯韦受邀出任剑桥首任卡文迪什实验物理学教授，一砖一瓦筹建起卡文迪什实验室——日后电子的发现、DNA 双螺旋的揭晓都将发生在那里。1879 年 11 月 5 日，他因腹部癌症去世，年仅四十八岁；他的母亲当年也是因同样的病、在同样的年纪离世的。他没能看到 1887 年赫兹在实验室里造出并接收电磁波，更没能看到无线电点亮的时代。爱因斯坦后来评价说，一个科学时代随麦克斯韦而终结，另一个科学时代随他而开启（大意）。