Содержание

Джеймс Клерк Максвелл — биография и семья

13 июня 1831 года в Эдинбурге, в семье аристократа из старинного рода Клерков родился мальчик, названный Джеймсом. Отец его, Джон Клерк Максвелл, член адвокатской коллегии, имел университетское образование, но профессию свою не любил и увлекался в свободные часы техникой и наукой. Мать Джеймса, Фрэнсис Кей, была дочерью судьи. После рождения мальчика семья переехала в Миддлби, фамильное имение Максвеллов на юге Шотландии. Вскоре Джон построил там новый дом, получивший имя Гленлэр.

Детство будущего великого физика омрачилось лишь слишком ранней кончиной матери. Джеймс рос любознательным мальчиком и благодаря отцовским увлечениям был с детства окружен «техническими» игрушками, такими, как модель небесной сферы и «магический диск», предшественник кинематографа. Тем не менее, интересовался он и поэзией и даже сам писал стихи, кстати, не оставив это занятие до конца своих дней. Начальное образование дал Джеймсу отец – первого домашнего учителя наняли, только когда Джеймсу исполнилось десять лет. Правда, отец быстро понял, что подобное обучение вовсе неэффективно, и отправил сына в Эдинбург, к своей сестре Изабелле. Здесь Джеймс поступил в Эдинбургскую Академию, в которой детям давали чисто классическое образование – латынь, греческий, античная литература, Священное Писание и немножко математики. Учиться мальчику понравилось не сразу, но постепенно он стал лучшим в классе учеником и заинтересовался в первую очередь геометрией. В это время он изобрел собственный способ рисования овалов.

В шестнадцать лет Джеймс Максвелл закончил академию и поступил в университет Эдинбурга. Здесь он окончательно увлекся точными науками, и уже в 1850 году Эдинбургское королевское общество признало серьезными его труды по теории упругости. В этом же году отец Джеймса согласился, что сыну необходимо более престижное образование, и Джеймс уехал в Кембридж, где сначала учился в колледже Питерхаус, а на втором семестре перевелся в Тринити-колледж. Два года спустя Максвелл получил за свои успехи университетскую стипендию. Впрочем, в Кембридже он занимался наукой очень мало – больше читал, заводил новые знакомства и активно вращался в среде университетских интеллектуалов. В это время сформировались и его религиозные взгляды – безусловная вера в Бога и скептичность по отношению к теологии, которую Джеймс Максвелл ставил на последнее место среди прочих наук. В студенческие годы он стал также приверженцем так называемого «христианского социализма» и принял участие в работе «Рабочего колледжа», читая там популярные лекции.

В двадцать три года Джеймс сдал итоговый экзамен по математике, заняв в студенческом списке второе место. Получив степень бакалавра, он принял решение остаться в университете и готовиться к званию профессора. Он преподавал, продолжал сотрудничать с Рабочим колледжем и начал книгу об оптике, которую, правда, так и не закончил. Тогда же Максвелл создал экспериментальное шуточное исследование, вошедшее в фольклор Кембриджа. Целью этого исследования было «котоверчение» – Максвелл определял минимальную высоту, с которой кошка, падая, встает на лапки. Но основным интересом Джеймса была тогда теория цвета, взявшая начало от идеи Ньютона о существовании семи основных цветов. К тому же времени относится и его серьезное увлечение электричеством. Сразу после получения степени бакалавра Максвелл начал исследовать электричество и магнетизм. В вопросе о природе магнитных и электрических эффектов он принял позицию Майкла Фарадея, согласно которой силовые линии соединяют отрицательный и положительный заряды и заполняют окружающее пространство. Но были получены верные результаты и уже оформившейся и строгой наукой электродинамикой, а потому Максвелл задался вопросом построения теории, включавшей и представления Фарадея, и результаты электродинамики. Максвеллом была разработана гидродинамическая модель силовых линий, и ему же удалось впервые выразить на языке математики закономерности, открытые Фарадеем – в виде дифференциальных уравнений.

Осенью 1855 года Джеймс Максвелл, успешно сдав необходимый экзамен, стал членом университетского совета, что, кстати, подразумевало в то время принятие обета безбрачия. С началом нового семестра он приступил к чтению в колледже лекций по оптике и гидростатике. Однако зимой ему пришлось поехать в родное имение, чтобы перевезти в Эдинбург  тяжело заболевшего отца. Вернувшись в Англию, Джеймс узнал, что в Абердинском Маришаль-колледже свободна вакансия преподавателя натуральной философии. Это место давало ему возможность быть ближе к отцу, да и перспектив в Кембридже Максвелл для себя не видел. В середине весны 1856 года он стал профессором в Абердине, но Джон Клерк Максвелл умер еще до назначения сына. Джеймс провел в родовом имении лето и в октябре уехал в Абердин.

Абердин был главным портом Шотландии, но вот многие кафедры его университета пребывали в печальной заброшенности. В первые же дни своей профессорской деятельности Джеймс Максвелл принялся исправлять это положение хотя бы на своей кафедре. Он работал над новыми методиками обучения и пытался заинтересовать студентов научной работой, но не преуспел в этом начинании. Лекции нового профессора, полные юмора и игры слов, касались весьма сложных вещей, и сей факт отпугивал большинство учеников, привыкших к популярности изложения, отсутствию демонстраций и пренебрежению математикой. Из восьми десятков студентов Максвелл сумел научить лишь несколько человек, действительно хотевших учиться.

В Абердине Максвелл устроил и свою личную жизнь – летом 1858 года он женился на младшей дочери директора колледжа Маришаль, Кэтрин Дьюар. Немедленно после венчания Джеймса исключили из совета Тринити-колледжа, как нарушившего обет безбрачия.

Еще в 1855 году Кембридж предложил на соискание престижной премии Адамса работу по исследованию колец Сатурна, и именно Джеймс Максвелл в 1857 стал обладателем премии. Но премией он не удовольствовался и продолжал разрабатывать тему, в итоге издав в 1859 году трактат «On the stability of the motion of Saturn’s rings», мгновенно получивший признание среди ученых. О трактате сказали, что это – самое блестящее из существующих применение математики к физике. Во время профессорства в Абердинском колледже Максвелл занимался также темой преломления света, геометрической оптикой и, главное, кинетической теорией газов. В 1860 году им была построена первая статистическая модель микропроцессов, ставшая основой для развития статистической механики.

Профессорская должность в Абердинском университете вполне устраивала Максвелла – колледж требовал его присутствия лишь с октября до мая, а остальное время ученого было совершенно свободно. В колледже царила атмосфера свободы, профессора не имели жестких обязанностей, а кроме того, каждую неделю Максвелл читал в научной школе Абердина платные лекции для механиков и ремесленников, обучением которых всегда интересовался. Это замечательное положение дел изменилось в 1859 году, когда постановили объединить два колледжа университета, и должность профессора кафедры натуральной философии была упразднена. Максвелл попытался получить ту же должность в Эдинбургском университете, но пост достался по конкурсу его старому другу Питеру Тэту. В июне 1860 года Джеймсу предложили профессорство на кафедре натуральной философии в столичном Кингз-колледже. В том же месяце он сделал доклад о своих исследованиях теории цвета и вскоре был награжден медалью Румфорда за работы в области оптики и смешения цветов. Однако все оставшееся время до начала семестра он провел в Гленлэре, родовом имении – и не в научных занятиях, а тяжело болея оспой.

Быть профессором в Лондоне оказалось куда менее приятно, чем в Абердине. В Кингз-колледже были великолепно оснащенный физические лаборатории и почиталась экспериментальная наука, но и студентов обучалось гораздо больше. Работа оставляла Максвеллу время лишь на домашние эксперименты. Тем не менее, в 1861 году его включили в Комитет по эталонам, перед которым стояла задача определения основных единиц электричества. Два года спустя были опубликованы итоги тщательных измерений, в 1881 году послужившие основанием для принятия вольта, ампера и ома. Продолжал Максвелл и работы по теории упругости, создал теорему Максвелла, рассматривающую напряжение в фермах методами графостатики, занимался анализом  условий равновесия у сферических оболочек. За эти и другие работы, имевшие существенное практическое значение, он получил премию Кейта от королевского общества Эдинбурга. В мае 1861 года, читая лекцию о теории цвета, Максвелл представил весьма убедительное доказательство своей правоты. Это была первая в мире цветная фотография.

Но самым великим вкладом Джеймса Максвелла в физику явилось открытие тока.  Придя к выводу, что электрический ток имеет поступательную природу, а магнетизм – вихревую, Максвелл создал новую модель – чисто механическую, согласно которой «молекулярные вихри производят», вращаясь, магнитное поле, а «холостые передаточные колеса» обеспечивают их одностороннее вращение. Формирование электрического тока обеспечивалось поступательным движением передаточных колес (по Максвеллу – «частичек электричества»), а магнитное поле, будучи направленным вдоль оси вихревого вращения, оказывалось перпендикулярно направлению тока. Это выразилось в «правиле буравчика», которое обосновал Максвелл. Благодаря своей модели он сумел не только наглядно проиллюстрировать явление электромагнитной индукции и вихревой характер поля, которое порождает ток, но и доказать, что изменения в электрическом поле, названные током смещения, приводят к возникновению поля магнитного. Ну а ток смещения дал представление о существовании незамкнутых токов. В своей статье «On physical lines of force» (1861-1862 гг.) Максвелл изложил данные результаты, а также отметил сходство свойств вихревой среды со свойствами светоносного эфира – и это был серьезный шаг к возникновению электромагнитной теории света.

Статья Максвелла о динамической теории электромагнитного поля вышла в 1864 году, и в ней механическую модель сменили «уравнения Максвелла» – математическая формулировка уравнений поля – а само поле впервые трактовалось в качестве реальной физически системы, имеющей определенную энергию. В этой статье он предсказал и существование не только магнитных, но и электромагнитных волн. Параллельно изучению электромагнетизма Максвелл провел несколько экспериментов, проверяя свои результаты в кинетической теории. Сконструировав прибор, определяющий вязкость воздуха, он убедился, что коэффициент внутреннего трения действительно не зависит от плотности.

В 1865 году Максвелл окончательно устал от своей педагогической деятельности. Неудивительно – лекции его были слишком сложны, чтобы еще и поддерживать на них дисциплину, да и научная работа, в отличие от преподавания, занимала все его мысли. Решение было принято, и ученый переехал в родной Гленлэр. Почти сразу после переезда он получил травму на конной прогулке и заболел рожистым воспалением. Выздоровев, Джеймс активно взялся за хозяйство, перестраивая и расширяя свое имение. Однако и о студентах не забывал – регулярно ездил в Лондон и в Кембридж принимать экзамены. Именно он добился введения в экзамены вопросов и задач прикладного характера. В начале 1867 года врач посоветовал часто болевшей жене Максвелла лечение в Италии, и всю весну Максвеллы провели во Флоренции и Риме. Здесь ученый встречался с профессором Маттеучи, итальянским физиком, и практиковался в иностранных языках. Кстати, Максвелл неплохо владел латинским, итальянским, греческим, немецким и французским. На родину Максвеллы возвращались через Германию, Голландию и Францию.

В том же году Максвелл сочинил стихотворение, посвященное Питеру Тэту. Шуточная ода называлась «Главному музыканту по игре на набла» и оказалась настолько успешной, что закрепила в науке новый термин «набла», произошедший от названия древнеассирийского музыкального инструмента и обозначающий символ векторного дифференциального оператора. Заметим, что своему другу Тэту, представившему вместе с Томсоном второе начало термодинамики как JCM = dp/dt, Максвелл обязан собственным псевдонимом, которым подписывал стихи и письма. Левая часть формулы совпала с инициалами Джеймса, а потому он решил использовать в качестве подписи правую – dp/dt.

В 1868 году Максвеллу предложили пост ректора в университете Сент-Эндрюс, но ученый отказался, не желая менять свой уединенный образ жизни в Гленлэре. Лишь через три года он после длительных раздумий возглавил только что открывшуюся в Кембридже физическую лабораторию и, соответственно, стал профессором экспериментальной физики. Согласившись на этот пост, Максвелл сразу принялся налаживать строительные работы и оснащать лабораторию (сначала собственными приборами). В Кембридже он стал читать курсы электричества, теплоты и магнетизма.

В том же 1871 году был опубликован учебник Максвелла «Theory of Heat» («Теория теплоты»), впоследствии неоднократно переизданный. В последней главе книги содержались основные постулаты молекулярно-кинетической теории и статистические идеи Максвелла. Здесь же он опроверг второе начало термодинамики, сформулированное Клаузиусом и Томсоном. В этой формулировке предсказывалась «тепловая смерть Вселенной» – чисто механическая точка зрения. Максвелл утверждал статистический характер пресловутого «второго начала», которое по его убеждению может нарушаться лишь отдельными молекулами, оставаясь справедливым в случае больших совокупностей. Это положение он проиллюстрировал  парадоксом, названным «демоном Максвелла». Парадокс заключается в способности «демона» (управляющей системы) уменьшать энтропию этой системы, не затрачивая работу. Парадокс этот разрешили в двадцатом веке, указав на роль, которую играют в управляющем элементе флуктуации, и доказав, что когда «демон» получает информацию о молекулах, это повышает энтропию, а потому нарушения второго начала термодинамики не происходит.

Два года спустя увидел свет двухтомник Максвелла, названный «Трактат о магнетизме и электричестве». В нем содержались уравнения Максвелла, следствием которых стало открытие Герцем электромагнитных волн (1887 год). В трактате также была доказана электромагнитная природа света и предсказан эффект давления света. На основе этой теории Максвелл объяснил и влияние магнитного поля на распространение света. Однако сей фундаментальный труд весьма прохладно приняли корифеи науки – Стокс, Томсон, Эйри, Тэт. Особенно сложной для понимания оказалась концепция пресловутого тока смещения, существующего по Максвеллу даже в эфире, то есть в отсутствие материи. Кроме того, сильно мешал восприятию и стиль Максвелла, порой очень сумбурный в изложении.

Лаборатория в Кембридже, названная в честь Генри Кавендиша, открылась в июне 1874 года, и герцог Девонширский торжественно передал Джеймсу Максвеллу рукописи Кавендиша. В течение пяти лет Максвелл изучал наследие этого ученого, воспроизводил в лаборатории его опыты и в 1879 году выпустил под своей редакцией собрание сочинений Кавендиша, состоявшее из двух томов.

Около десяти последних лет своей жизни Максвелл занимался популяризацией науки. В своих книгах, написанных именно с этой целью, он более свободно излагал свои идеи и взгляды, делился с читателем сомнениями и говорил о проблемах, в то время еще не разрешимых. В Кавендишской лаборатории он продолжал разрабатывать совершенно конкретные вопросы, касающиеся молекулярной физики. Две его последние работы вышли в 1879 году – о теории разреженных неоднородных газов и о распределении газа под воздействием центробежных сил. Множество обязанностей он исполнял и в университете – состоял в совете университетского сената, в комиссии по реформированию математического экзамена, побывал на посту президента философского общества. В семидесятые годы у него появились ученики, среди которых были будущие известные ученые Джордж Кристалл, Артур Шустер, Ричард Глэйзбург, Джон Пойнтинг, Амброз Флеминг. И ученики, и сотрудники Максвелла отмечали его сосредоточенность, простоту общения, проницательность, утонченный сарказм и полное отсутствие честолюбия.

Зимой 1877 года у Максвелла появились первые симптомы погубившей его болезни, и через два года врачи определили у него рак. Великий ученый скончался в Кембридже 5 ноября 1879 года, в возрасте сорока восьми лет. Тело Максвелла перевезли в Гленлэр и похоронили неподалеку от имения, на скромном кладбище в деревушке Партон.

Роль Джеймса Клерка Максвелла в науке не сумели оценить по достоинству его современники, но важность его работ оказалась несомненной для следующего века. Ричард Фейман, американский физик, сказал, что открытие законов электродинамики – самое значительное событие девятнадцатого столетия, на фоне которого меркнет гражданская война в Соединенных Штатах, произошедшая в то же время…

МАКСВЕЛЛ • Большая российская энциклопедия

МА́КСВЕЛЛ (Maxwell) Джеймс Клерк (13.6.1831, Эдин­бург – 5.11.1879, Кем­бридж), англ. фи­зик, соз­да­тель клас­сич. элек­тро­ди­на­ми­ки, один из ос­но­ва­те­лей ста­ти­сти­че­ской фи­зи­ки. Чл. Эдин­бург­ско­го (1855) и Лон­дон­ско­го (1861) ко­ро­лев­ских об­ществ. Сын шотл. дво­ря­ни­на из знат­но­го ро­да Клер­ков. Учил­ся в Эдин­бург­ском (1847–50) и Кем­бридж­ском (1850–1854) ун-тах. Проф. Ма­ри­шал-кол­лед­жа в Абер­ди­не (1856–1860), Лон­дон­ско­го ун-та (1860–65), с 1871 – Кем­бридж­ско­го ун-та, где ос­но­вал пер­вую в Ве­ли­ко­бри­та­нии фи­зич. ла­бо­ра­то­рию – Ка­вен­диш­скую ла­бо­ра­то­рию, ди­рек­то­ром ко­то­рой был с 1871.

Ра­бо­ты М. по­свя­ще­ны про­бле­мам элек­тро­маг­не­тиз­ма, ки­не­тич. тео­рии га­зов, оп­ти­ке, ме­ха­ни­ке, тео­рии уп­ру­го­сти и др. Свою пер­вую ра­бо­ту «О чер­че­нии ова­лов и об ова­лах со мно­ги­ми фо­ку­са­ми» М. вы­пол­нил в 1846 (опубл. в 1851), ко­гда ему ещё не бы­ло 15 лет. В 1852–72 М. за­ни­мал­ся ис­сле­до­ва­ния­ми фи­зио­ло­гии и фи­зи­ки цвет­но­го зре­ния, впер­вые про­де­мон­ст­ри­ро­вал (1861) цвет­ное изо­бра­же­ние при од­но­вре­мен­ном про­е­ци­ро­ва­нии на эк­ран зе­лё­но­го, крас­но­го и си­не­го изо­бра­же­ний, до­ка­зав этим спра­вед­ли­вость трёх­ком­по­нент­ной тео­рии цвет­но­го зре­ния и на­ме­тив пу­ти соз­да­ния цвет­ной фо­то­гра­фии. Он соз­дал один из пер­вых при­бо­ров для ко­ли­чест­вен­но­го из­ме­ре­ния цве­та, по­лу­чив­ший назв. дис­ка Мак­свел­ла. В 1857–59 М. тео­ре­ти­чески ис­сле­до­вал ус­той­чи­вость ко­лец Са­тур­на и по­ка­зал, что они мо­гут быть ус­той­чи­вы, ес­ли со­сто­ят из не свя­зан­ных ме­ж­ду со­бой твёр­дых час­тиц.

Наи­бо­лее зна­чи­мы ра­бо­ты М. в об­лас­ти мо­ле­ку­ляр­ной фи­зи­ки и элек­тро­ди­на­ми­ки. В ки­не­тич. тео­рии га­зов М. ус­та­но­вил (1859) ста­ти­стич. за­кон рас­пре­де­ле­ния мо­ле­кул га­за по ско­ро­стям (Мак­свел­ла рас­пре­де­ле­ние), ос­но­ван­ный на учё­те пря­мых и об­рат­ных столк­но­вений. В 1866 М. раз­вил об­щую тео­рию про­цес­сов пе­ре­но­са, при­ме­нив её к про­цес­сам диф­фу­зии, те­п­ло­про­вод­но­сти и внутр. тре­ния, ввёл по­ня­тие вре­ме­ни ре­лак­са­ции. М. по­ка­зал ста­ти­стич. при­ро­ду вто­ро­го на­ча­ла тер­мо­ди­на­ми­ки (1867), ввёл тер­мин «ста­ти­сти­че­ская фи­зи­ка» (1878). Что­бы про­ил­лю­ст­ри­ро­вать ка­жу­щий­ся па­ра­докс вто­ро­го на­ча­ла тер­мо­ди­на­ми­ки о не­воз­мож­но­сти пе­ре­да­чи те­п­ло­ты от те­ла с мень­шей тем­пе­ра­ту­рой те­лу с боль­шей тем­пе­ра­ту­рой без со­вер­ше­ния ра­бо­ты, М. при­ду­мал ги­по­те­тич. ра­зум­ное су­ще­ст­во мик­ро­ско­пич. раз­ме­ра (т. н. де­мон Мак­свел­ла).

Са­мое боль­шое на­уч. дос­ти­же­ние М. – соз­дан­ная им тео­рия элек­тро­маг­нит­но­го по­ля, ко­то­рую он сфор­му­ли­ро­вал в ви­де сис­те­мы диф­фе­рен­ци­аль­ных урав­не­ний (Мак­свел­ла урав­не­ния), вы­ра­жа­ющих осн. за­ко­но­мер­но­сти элек­тро­маг­нит­ных яв­ле­ний. В этой тео­рии М. обоб­щил все из­вест­ные к то­му вре­ме­ни фак­ты мак­ро­ско­пич. элек­тро­ди­на­ми­ки, впер­вые ввёл (1861) но­вое по­ня­тие – ток сме­ще­ния, по­ро­ж­даю­щий маг­нит­ное по­ле, по­доб­но то­ку про­во­ди­мо­сти. Ана­лиз урав­не­ний по­зво­лил пред­ска­зать су­ще­ст­во­ва­ние в сво­бод­ном про­стран­ст­ве элек­тро­маг­нит­но­го из­лу­че­ния (элек­тро­маг­нит­ных волн) и его рас­про­стра­не­ние в про­стран­ст­ве со ско­ро­стью све­та. На ос­но­ве это­го М. при­шёл к вы­во­ду об элек­тро­маг­нит­ной при­ро­де све­та (1865) и по­ка­зал, что ско­рость лю­бых элек­тро­маг­нит­ных волн рав­на ско­ро­сти све­та. Из его тео­рии сле­до­ва­ло, что элек­тро­маг­нит­ные вол­ны про­из­во­дят дав­ле­ние; он тео­ре­ти­че­ски вы­чис­лил дав­ле­ние све­та (1873). Ус­та­но­вил со­от­но­ше­ние ме­ж­ду ди­элек­трич. про­ни­цае­мо­стью e и по­ка­за­те­лем пре­лом­ле­ния n: ε = n2. Пред­ска­зал Эйн­штей­на – де Хаа­за эф­фект и скин-эф­фект. Тео­рия элек­тро­маг­не­тиз­ма М. по­лу­чи­ла экс­пе­рим. под­твер­ж­де­ние и ста­ла об­ще­при­знан­ной клас­сич. ос­но­вой совр. фи­зи­ки. М. был по­пу­ля­ри­за­то­ром фи­зич. зна­ний. Впер­вые опуб­ли­ко­вал (1879) ру­ко­пи­си ра­бот Г. Ка­вен­ди­ша.

На­гра­ж­дён ме­да­лью Б. Рум­фор­да Лон­дон­ско­го ко­ро­лев­ско­го об-ва (1860). В честь М. на­зва­на еди­ни­ца маг­нит­но­го по­то­ка в сис­те­ме единиц СГС (мак­свелл).

Джеймс Клерк Максвелл – биография, книги, отзывы, цитаты

J. Clerk Maxwell. On the stability of the motion of Saturn’s rings. — Cambridge, London: Macmillan and Co., 1859.
J. Clerk Maxwell. Theory of heat. — London: Longmans, Green and Co., 1871.
J. Clerk Maxwell. Introductory lecture on experimental physics. — London, 1871.
J. Clerk Maxwell. A treatise on electricity and magnetism. — Oxford: Clarendon Press, 1873. — Т. 1.
J. Clerk Maxwell. A treatise on electricity and magnetism. — Oxford: Clarendon Press, 1873. — Т. 2.
J. Clerk Maxwell. Matter and motion. — London, 1873.
J. Clerk Maxwell. An elementary treatise on electricity. — Oxford: Clarendon Press, 1881.
J. Clerk Maxwell. The scientific papers. — Cambridge: University Press, 1890. — Т.…

J. Clerk Maxwell. On the stability of the motion of Saturn’s rings. — Cambridge, London: Macmillan and Co., 1859.
J. Clerk Maxwell. Theory of heat. — London: Longmans, Green and Co., 1871.
J. Clerk Maxwell. Introductory lecture on experimental physics. — London, 1871.
J. Clerk Maxwell. A treatise on electricity and magnetism. — Oxford: Clarendon Press, 1873. — Т. 1.
J. Clerk Maxwell. A treatise on electricity and magnetism. — Oxford: Clarendon Press, 1873. — Т. 2.
J. Clerk Maxwell. Matter and motion. — London, 1873.
J. Clerk Maxwell. An elementary treatise on electricity. — Oxford: Clarendon Press, 1881.
J. Clerk Maxwell. The scientific papers. — Cambridge: University Press, 1890. — Т. 1.
J. Clerk Maxwell. The scientific papers. — Cambridge: University Press, 1890. — Т. 2.
J. Clerk Maxwell. Ueber Faraday’s kraftlinien / ed. L. Boltzmann. — Leipzig: W. Engelmann, 1895.
The Scientific Letters and Papers of James Clerk Maxwell (1846—1862) / ed. P. M. Harman. — Cambridge: University Press, 1990. — Т. 1.
The Scientific Letters and Papers of James Clerk Maxwell (1862—1873) / ed. P. M. Harman. — Cambridge: University Press, 1995. — Т. 2.
The Scientific Letters and Papers of James Clerk Maxwell (1874—1879) / ed. P. M. Harman. — Cambridge: University Press, 2002. — Т. 3.
Переводы на русский язык[править | править вики-текст]
Дж. К. Максвелл. Теория теплоты. — СПб., 1888.
Дж. К. Максвелл. Электричество в элементарной обработке. — Киев, 1886.
Дж. К. Максвелл. Речи и статьи. — М.-Л., 1940.
Дж. К. Максвелл. Избранные сочинения по теории электромагнитного поля. — М.: ГИТТЛ, 1952. Сборник содержит переводы основных статей Максвелла — «О фарадеевых силовых линиях», «О физических силовых линиях», «Динамическая теория электромагнитного поля».
Дж. К. Максвелл. Статьи и речи. — М.: Наука, 1968.
Дж. К. Максвелл. Вступительная лекция, прочитанная Джеймсом Клерком Максвеллом в Лондонском Королевском колледже // УФН. — 1981. — Т. 135, вып. 11. — С. 371—380.
Дж. К. Максвелл. Трактат об электричестве и магнетизме. — М.: Наука, 1989. — Т. 1.
Дж. К. Максвелл. Трактат об электричестве и магнетизме. — М.: Наука, 1989. — Т. 2.
Дж. К. Максвелл. Материя и движение. — М.—Ижевск: РХД, 2001.

Самые интересные открытия Джеймса Максвелла

Самые интересные открытия Джеймса Максвелла

5 ноября 1879 года умер британский физик, математик и механик Джеймс Клерк Максвелл. Ему было 48 лет. За свою жизнь он стал автором множества открытий. Мы вспомнили самые интересные из них.

1. Метод рисования овала. Это открытие Максвелл сделал, еще будучи школьником. Он учился в Эдинбургской академии. Поначалу учеба мало интересовала Джеймса, но позже он стал проявлять к ней интерес. Больше всего мальчик увлекся геометрией. Его понимание красоты геометрических образов возросло после лекции художника Дэвида Рамзая Хея об искусстве этрусков. Размышления над этой темой привели Максвелла к изобретению способа рисования овалов. Метод восходил еще к работам Рене Декарта и состоял в использовании булавок-фокусов, нитей и карандаша, что позволяло строить окружности (один фокус), эллипсы (два фокуса) и более сложные овальные фигуры (большее количество фокусов). Надо сказать, что результаты работы школьника не остались незамеченными и были доложены профессором Джеймсом Форбсом на заседании Эдинбургского королевского общества и затем опубликованы в его «Трудах».

24-летний Максвелл с цветовым волчком в руках

2. Теория цветов. После учебы в Кембридже Максвелл готовился к профессорскому званию. В это время главным научным интересом молодого человека становится работа по теории цветов. Она берет начало в творчестве Исаака Ньютона, который придерживался идеи о семи основных цветах. Максвелл был продолжателем теории Томаса Юнга, выдвинувшего идею трех основных цветов и связавшего их с физиологическими процессами в организме человека. Джеймс использовал уже придуманный ранее «цветовой волчок», диск которого был разделен на окрашенные в разные цвета секторы, а также «цветовой ящик», разработанную им самим оптическую систему, позволявшую смешивать эталонные цвета. Однако ему впервые удалось получить с их помощью количественные результаты и довольно точно предсказывать возникающие в результате смешения цвета. Например, если раньше считалось, что белый цвет можно получить смешением синего, красного и желтого, то Максвелл опроверг это. Его опыты показали, что смешение синего и желтого цветов дает не зеленый, как часто полагали, а розоватый оттенок. Также он выяснил, что основными цветами являются красный, зеленый и синий.

С женой Кэтрин Мэри Дьюар

3. Устойчивость колец Сатурна. В Абердине Максвелл женился и занимался преподавательской работой, однако наука все еще отнимала значительную часть его времени. Большее внимание Максвелла в это время привлекало исследование природы колец Сатурна, предложенное в 1855 году Кембриджским университетом на соискание премии Адамса (работу требовалось завершить за два года). Кольца были открыты Галилео Галилеем еще в начале XVII века и долгое время были загадкой природы. Природу вещества, из которого были кольца Сатурна, пытались определить многие ученые. Уильям Гершель считал их сплошными твёрдыми объектами. Пьер Симон Лаплас доказывал, что твёрдые кольца должны быть неоднородными, очень узкими и обязательно должны вращаться. Максвелл провел исследования — математический анализ различных вариантов строения колец — и убедился, что они не могут быть ни твёрдыми, ни жидкими. Выво ученого был таким: подобная структура может быть устойчивой только в том случае, если состоит из роя не связанных между собой метеоритов. Устойчивость колец обеспечивается их притяжением к Сатурну и взаимным движением планеты и метеоритов. При помощи Фурье-анализа Максвелл изучил распространение волн в таком кольце и показал, что при определенных условиях метеориты не сталкиваются между собой. Для случая двух колец он определил, при каких соотношениях их радиусов наступает состояние неустойчивости. Получив за работу премию Адамса и собрав восторженные отзывы коллег, Максвелл продолжил опыты. Его работа получила признание в научных кругах. Королевский астроном Джордж Эйри объявил ее самым блестящим применением математики к физике, которое он когда-либо видел.

Первая цветная фотография

4. Первая цветная фотография. Это открытие было сделано в Лондоне. Сначала, в 1860 году, Максвелл выступил с докладом на съезде Британской ассоциации в Оксфорде Максвелл о своих результатах в области теории цветов, подкрепив их экспериментальными демонстрациями с помощью цветового ящика. Год спустя во время лекции в Королевском институте Джеймс представил коллегам первую в мире цветную фотографию, идея которой возникла у него ещё в 1855 году. Она была изготовлена вместе с фотографом Томасом Саттоном. Сперва было получено три негатива цветной ленты на стекле, покрытом фотографической эмульсией (коллодий). Негативы сняли через зелёный, красный и синий фильтры (растворы солей различных металлов). Затем негативы освещали через те же фильтры, после чего удалось получить цветное изображение. Кстати, опыт Максвелла воссоздали спустя почти сто лет назад сотрудники фирмы «Кодак». Принцип ученого использовали еще долгие годы.

Джеймс Максвелл (биография)

Шотландский основатель электродинамики.

Ранние годы, семья, образование


Джеймс Клерк Максвелл родился 13 июня 1831 в Эдинбурге, Шотландия. Родом из известной шотландской семьи Клерков; его отец принял имя Максвелл, унаследовав имущество, первоначально принадлежавшее этой семье. Мать умерла, когда Джеймс был ещё ребенком. Максвелл поступил на юридический факультет в Эдинбургский университет. Позже поступил в университет Кембриджа на физика, стал научным сотрудником Тринити-колледжа в 1855 году. В 1856 году он получил премию Адамса в Кембридже за эссе, в котором он продемонстрировал, что кольца Сатурна будут нестабильными, если они будут непрерывно твердыми, и что они должны состоять из отдельных и отдельных частей. Максвелл был профессором физики в колледже Маришале, в Абердине с 1856 по 1860, и профессором физики и астрономии в Королевском колледже в Лондоне с 1860 по 1865. Его первая статья об электромагнетизме появилась в 1856 году; его теория электромагнитного поля с выводом скорости света была впервые опубликована в 1861–1862. Максвелл начал работу над кинетической теорией газов в 1860 году. С 1865 по 1871, Максвелл работал над «Трактатом об электричестве и магнетизме». В 1871 году он стал первым сотрудником кафедры экспериментальной физики Кавендиша в Кембридже, руководил строительством Кавендишской лаборатории, а затем руководил проведением первых исследований.

Научные достижения


Наибольший вклад Максвелла в фундаментальную физику внесла его концепция электромагнитного поля, которая претерпела значительные изменения, как в ходе своих собственных исследований, так и его преемников. В современных терминах, электрическое поле — это состояние в пространстве, окружающем заряженные тела, которое определяет силу, которую электрический заряд единицы испытал бы, если бы он был помещен в любую точку. В теории поля все действия рассматриваются как передаваемые от точки к точке непрерывной модификацией поля между точками, а поле рассматривается как источник энергии. Максвелл стремился воплотить в математической записи идеи Майкла Фарадея. Максвелл разработал аналогичные аналогии в своей первой работе на эту тему «О силовых линиях Фарадея» (1855–1856), проводя отдельные аналогии для различных аспектов электромагнетизма: между электрическими и жидкостными токами, а также между электрическими или магнитными силовыми и жидкостными линиями. Токи. В его труде «О физических силовых линиях» 1862, теория электромагнитного поля впервые появляется в виде вывода из детальной модели эфира. В этом эфире магнитные силовые линии представлены в виде молекулярных вихрей, причем вещество эфира вращается в плоскостях, перпендикулярных направлению силовых линий, так что последний является направлением осей вихрей. Максвелл обнаружил, что таким образом он может представлять свойства силовых линий, необходимых для магнитостатики, то есть то, что линии должны стремиться сжиматься вдоль своей длины и отталкивать друг друга в поперечном направлении. Максвелл предположил слой крошечных холостых колес между каждой парой вихревых ячеек в эфирном веществе. Эти колеса могут свободно вращаться, так что однородное магнитное поле представлено вихревыми ячейками, которые все вращаются с одинаковой скоростью и в том же смысле, а чередующиеся колеса вращаются на месте в противоположном смысле. Свободные колеса также могут перемещаться с места на место в проводнике, но они ограничены качением без проскальзывания с соседними вихрями. Поступательное движение колес отождествляется с электрическим током и используется для объяснения того, каким образом магнитное поле создается электрическим током. Кроме того, в диэлектрике, в том числе в вакууме, колеса не могут свободно перемещаться, а могут лишь слегка смещаться относительно сил упругости материала ячеек. Это действие смещения является током смещения, который формирует новый термин Максвелла. Затем Максвелл приступил к расчету скорости распространения поперечных волн в своем упругом эфире. Скорость этих волн была пропорциональна соотношению электромагнитных и электростатических единиц заряда. В своих более поздних работах Максвелл больше не опирался на конкретные модели эфира. Также принципиальное значение имела работа Максвелла по кинетической теории газов. При выводе экспериментальных газовых законов предыдущие исследователи сделали упрощенное предположение, что все молекулы газа движутся с одинаковой скоростью. В «Иллюстрациях динамической теории газов» (1860) Максвелл сначала вывел равновесное распределение скоростей молекул: компоненты скорости вдоль заданного направления распределены согласно закону ошибок Карла Фридриха Гаусса. Эта статья также содержала потрясающий результат, позже продемонстрированный экспериментально, что вязкость (внутреннее трение) газа должна быть независимой от его плотности. Максвелл написал две другие статьи о поиске путей по кинетической теории; их основной темой был вывод транспортных коэффициентов газа (коэффициентов диффузии, вязкости и теплопроводности) и, в последнем из них, обсуждение радиометрических явлений. Работу Максвелла над кинетической теорией можно считать первым важным введением статистического мышления в физику и первыми шагами в развитии статистической механики. Другие научные работы Максвелла включали в себя создание первой цветной фотографии, сделанной в 1861, и создание структурно-инженерных расчетов для обслуживания мостов.

Признание в научном мире


В 1856 году, в возрасте 25 лет, он был удостоен высшей награды Эдинбурга по математике, золотой медали Стрейтона. За свою карьеру он получил множество наград, в том числе медаль Румфорда, приз Кейта и Хопкинса, а также членство во многих высших учебных заведениях, как Королевская академия наук Амстердама. Горный массив на Венере, Максвелл Монтес, назван в его честь так же, как и разрыв Максвелла в Кольцах Сатурна.

Семья и последние годы


Был женат на Кэтрин Мэри Дьюар дочери директора колледжа. Детей не было. Джеймс Максвелл умер 5 ноября 1879, в Кембридже, Англия, от рака. Оригинальный дом Максвелла, в настоящее время музей, является местом фонда Джеймса Клерка Максвелла.

Джеймс Клерк Максвелл / math5school.ru

 

1831–1879

 

Максвелл облёк плебейски обнажённое тело фарадеевских представлений в аристократические одежды математики.

Роберт Миллткен

 

…В учении об электричестве его гений предстаёт перед нами в своём полном величии. Именно в этой области после многолетней тихой исследовательской работы на долю Максвелла выпал такой успех, который мы должны причислить к наиболее удивительным деяниям человеческого духа. Ему удалось выманить у природы в результате одного лишь чистого мышления такие тайны, которые лишь спустя целое поколение и лишь частично удалось показать в остроумных и трудоёмких опытах.

Макс Планк

 

Джеймс Клерк Максвелл (13 июня 1831 – 5 ноября 1879) – британский физик и математик, создатель классической электродинамики, один из основателей статистической физики, член Лондонского королевского общества (1860).

Максвелл родился в Эдинбурге и принадлежал к старинному шотландскому роду Клерков. Его отец, Джон Клерк Максвелл, был владельцем фамильного имения Миддлби в Южной Шотландии (вторая фамилия Максвелл отражает именно этот факт). Вскоре после рождения сына семья переехала из Эдинбурга в своё заброшенное имение Миддлби, где был построен новый дом, получивший название Гленлэр (Glenlair, то есть «берлога в узкой лощине»). С этого времени «берлога в узком ущелье» прочно вошла в жизнь Максвелла. Здесь жили и умерли его родители, здесь подолгу жил и похоронен он сам.

Когда Джеймсу было восемь лет, в дом пришло несчастье: тяжело заболела его мать и вскоре умерла. Теперь единственным воспитателем Джеймса стал отец, к которому он на всю жизнь сохранил чувство нежной привязанности и дружбы. Джон Максвелл был не только отцом и воспитателем сына, но и его самым верным другом.

Жизнь на природе сделала Максвелла выносливым и любопытным. С раннего детства он проявлял интерес к окружающему миру, был окружён различными «научными игрушками» (например, «магическим диском» — предшественником кинематографа, моделью небесной сферы, волчком-«дьяволом» и др.), многое почерпнул из общения со своим отцом, увлекался поэзией и совершил первые собственные поэтические опыты.

Вскоре пришло время, когда мальчику надо было начинать учиться. Сначала приглашали учителей на дом. Но шотландские домашние учителя были такими же грубыми и невежественными, как и их английские коллеги, с таким сарказмом и ненавистью описанные Диккенсом. Поэтому решено было отдать Джеймса в новую школу, носившую громкое название Эдинбургской академии.

Поначалу учёба не привлекала Максвелла, однако постепенно он почувствовал к ней вкус и стал лучшим учеником класса. Особенно ему нравилась геометрия. Она на всю жизнь осталась одним из сильнейших увлечений Максвелла. Геометрические образы и модели сыграли огромную роль в его научном творчестве. С неё начался научный путь Максвелла.

Максвелл закончил академию в одном из первых выпусков. На прощанье с полюбившейся школой он сочинил гимн Эдинбургской академии, который дружно и с увлечением распевали её воспитанники.

В ноябре 1847 года Максвелл поступил в Эдинбургский университет, где слушал лекции физика Форбса, математика Филипа Келланда, философа Уильяма Гамильтона; изучал многочисленные труды по математике, физике, философии, ставил опыты по оптике, химии, магнетизму. Будучи студентом, Максвелл выполнил серьёзное исследование по теории упругости. Эти результаты представляли значительный интерес для строительной механики. Максвелл доложил их в 1850 году на одном из заседаний Эдинбургского королевского общества, что стало свидетельством первого серьёзного признания его трудов. И теперь перед ним встал вопрос о перспективе его дальнейшей учёбы в Кембридже.

В 1850 году, несмотря на желание отца оставить сына поближе к себе, было решено, что Максвелл отправится в Кембриджский университет.

Старейшим колледжем Кембриджа был основанный в 1284 году колледж св. Петра (Питерхауз), а наиболее знаменит – колледж св. Троицы (Тринити-колледж), основанный в 1546 году. Славу этого колледжа создал его знаменитый питомец Исаак Ньютон. Питерхауз и Тринити-колледж и были последовательно местом пребывания в Кембридже молодого Максвелла. После короткого пребывания в Питерхаузе Максвелл перевёлся в Тринити-колледж.

В 1852 году Максвелл стал стипендиатом колледжа и получил комнату непосредственно в его здании. Общение с новыми людьми позволило ему компенсировать застенчивость и сдержанность, которые выработались у него за годы спокойной жизни на родине. Распорядок дня Джеймса представлялся многим необычным: с семи утра до пяти вечера он работал, затем ложился спать, вставал в половине десятого и принимался за чтение, с двух по полтретьего ночи в качестве зарядки бегал по коридорам общежития, после чего опять спал, уже до самого утра. К этому времени окончательно сформировались его взгляды. В одном из писем Максвелл пишет: 

Вот мой великий план, который задуман уже давно, и который то умирает, то возвращается к жизни и постепенно становится всё более навязчивым… Основное правило этого плана – упрямо не оставлять ничего неизученным. Ничто не должно быть «святой землёй», священной Незыблемой Правдой, позитивной или негативной. 

В январе 1854 года Максвелл сдал итоговый трёхступенчатый экзамен по математике (Mathematical Tripos) и, заняв второе место в списке студентов, получил степень бакалавра. В следующем испытании – письменном математическом исследовании на соискание традиционной премии Смита – он решил задачу, предложенную Стоксом и касавшуюся доказательства теоремы, которая ныне называется теоремой Стокса. По итогам этого испытания он разделил премию со своим однокурсником.

Молодой бакалавр был оставлен в Тринити-колледже в качестве преподавателя. Но его волновали научные проблемы. Помимо его старого увлечения геометрией и проблемой цветов, которыми он начал заниматься ещё в 1852 году, Максвелл заинтересовался электричеством.

20 февраля 1854 года Максвелл сообщает Томсону о своём намерении «атаковать электричество». Он обратился к Уильяму Томсону с просьбой порекомендовать литературу по этой тематике и порядок её чтения.

В то время, когда Максвелл приступил к исследованию электричества и магнетизма, существовали два взгляда на природу электрических и магнитных эффектов. Большинство континентальных учёных, таких как Андре Мари Ампер, Франц Нейман  и Вильгельм Вебер, придерживались концепции дальнодействия, рассматривая электромагнитные силы как аналог гравитационного притяжения между двумя массами, которые мгновенно взаимодействуют на расстоянии. Электродинамика, развитая этими физиками, представляла собой оформившуюся и строгую науку. С другой стороны, Майкл Фарадей, первооткрыватель явления электромагнитной индукции, выдвинул идею силовых линий, которые соединяют положительный и отрицательный электрические заряды или северный и южный полюсы магнита. Согласно Фарадею, силовые линии заполняют всё окружающее пространство, формируя поле, и обусловливают электрические и магнитные взаимодействия. Максвелл не мог принять концепцию действия на расстоянии, она противоречила его физической интуиции, поэтому вскоре он перешёл на позиции Фарадея: 

Когда мы наблюдаем, что одно тело действует на другое на расстоянии, то, прежде чем принять, что это действие прямое и непосредственное, мы обыкновенно исследуем, нет ли между телами какой-либо материальной связи… Кому свойства воздуха не знакомы, тому передача силы посредством этой невидимой среды будет казаться столь же непонятной, как и всякий другой пример действия на расстоянии… Не следует смотреть на эти [силовые] линии как на чисто математические абстракции. Это направления, в которых среда испытывает напряжение, подобное натяжению верёвки… 

Перед Максвеллом встал вопрос построения математической теории, которая включала бы как фарадеевские представления, так и правильные результаты, полученные приверженцами дальнодействия.

Результатом «атаки» было сочинение «О фарадеевых силовых линиях» – первое из трёх основных трудов Максвелла, посвящённых изучению электромагнитного поля. Слово «поле» впервые появилось в том самом письме Томсону, но ни в этом, ни в последующем сочинении, посвящённом силовым линиям. Максвелл его не употребляет. Это понятие снова появится только в 1864 году в работе «Динамическая теория электромагнитного поля».

Осенью 1856 года Максвелл вступил в должность профессора натуральной философии Маришаль-колледжа в Абердине. Кафедра натуральной философии, т. е. кафедра физики в Абердине, до Максвелла, по сути дела, не существовала. С первых дней своего пребывания в Абердине Максвелл приступил к налаживанию преподавания на кафедре натуральной философии, пребывавшей в заброшенном состоянии. Он искал верную методику обучения, пытался приучить студентов к научной работе, однако не слишком преуспел в этом. Его лекции, сдобренные юмором и игрой слов, часто касались столь сложных вещей, что это многих отпугивало. Максвелл одним из первых стал привлекать студентов к практическим занятиям, а также организовал для студентов последнего года дополнительные занятия за рамками стандартного курса.

Пребывание в Абердине ознаменовалось важным событием и в личной жизни Максвелла: он женился на дочери главы Маришаль-колледжа Даниэля Дьюара Кэтрин Мери Дьюар. Произошло это событие в 1858 году. С этого времени и до конца жизни супруги Максвелл проходили свой жизненный путь рука об руку. В это же время окончательно окрепли философские воззрения Максвелла на науку, выраженные в одном из дружеских писем: 

Что касается материальных наук, то именно они кажутся мне прямой дорогой к любой научной истине, касающейся метафизики, собственных мыслей или общества. Сумма знаний, которая существует в этих предметах, берёт значительную долю своей ценности от идей, полученных путём проведения аналогий с материальными науками, а оставшаяся часть, хотя и важна для человечества, есть не научная, а афористическая. Основная философская ценность физики в том, что она даёт мозгу нечто определённое, на что можно положиться. Если вы окажетесь где-то не правы, природа сама сразу же скажет вам об этом. 

В 1857–1859 годах учёный провёл свои расчёты движения колец Сатурна. Исследование природы колец Сатурна, предложенное в 1855 году Кембриджским университетом на соискание премии Адамса требовалось завершить за два года. Кольца были открыты Галилео Галилеем в начале XVII века и долгое время оставались загадкой природы: планета казалась окружённой тремя сплошными концентрическими кольцами, состоящими из вещества неизвестной природы (третье кольцо было открыто незадолго до этого Джорджем Бондом). Уильям Гершель считал их сплошными твёрдыми объектами. Пьер Симон Лаплас доказывал, что твёрдые кольца должны быть неоднородными, очень узкими и обязательно должны вращаться. Проведя математический анализ различных вариантов строения колец, Максвелл убедился, что они не могут быть ни твёрдыми, ни жидкими (жидкое кольцо при вращении разрушится возникающими в нём волнами и разобьётся на отдельные спутники). Он пришёл к заключению, что подобная структура может быть устойчивой только в том случае, если состоит из роя не связанных между собой метеоритов. Устойчивость колец обеспечивается их притяжением к Сатурну и взаимным движением планеты и метеоритов. 

Труднейшее математическое исследование принесло Максвеллу славу первоклассного математика. За эту работу ещё в 1857 году Максвелл получил премию Адамса, однако продолжал трудиться над этой темой, итогом чего стала издание в 1859 году трактата «Об устойчивости движения колец Сатурна». Эта работа сразу получила признание в научных кругах. Королевский астроном Джордж Эйри объявил её самым блестящим применением математики к физике, которое он когда-либо видел. Премированное сочинение было издано в 1859 году Кембриджским университетом.

Другим основным научным занятием Максвелла в это время стала кинетическая теория газов, основанная на представлениях о теплоте как роде движения частичек газа (атомов или молекул). Абердинский период жизни Максвелла закончился выступлением его на очередном съезде Британской ассоциации в Оксфорде в июне 1860 года с докладом «О динамической теории газов». Этот документ положил начало многолетним и плодотворным исследованиям Максвелла в области кинетической теории газов и статистической физики.

Максвелл был вполне доволен своим местом работы, которое требовало его присутствия только с октября по апрель; остальное время он проводил в Гленлэре. Ему нравилась атмосфера свободы в колледже, отсутствие жёстких обязанностей. Положение Максвелла изменилось в конце 1859 года, когда вышло постановление об объединении двух абердинских колледжей – Маришаль-колледжа и Кингс-колледжа – в рамках Абердинского университета. В этой связи с сентября 1860 года упразднялось место профессора, занимавшееся Максвеллом.

В начале лета 1860 года Максвелл получил приглашение занять пост профессора кафедры натуральной философии лондонского Кингс-колледжа.

Лето 1860 года перед началом осеннего семестра в Лондоне супруги Максвелл провели в родовом имении Гленлэр. Однако отдохнуть и набраться сил Максвеллу не удалось. Он заболел оспой в тяжёлой форме. Врачи опасались за его жизнь. Но необычайное мужество и терпение преданной ему Кэтрин, которая делала всё, чтобы выходить больного мужа, помогли им одержать победу над страшной болезнью.

Лондонский период ознаменовался публикацией большой статьи «Пояснения к динамической теории газов», которая была опубликована в ведущем английском физическом журнале «Философский журнал» в 1860 году. Этой статьёй Максвелл внёс огромный вклад в новую отрасль теоретической физики – статистическую физику. Основателями статистической физики в её классической форме считаются Максвелл, Больцман и Гиббс. Но главный труд жизни Максвелла был посвящён теории электричества.

Он публикует две основные работы по созданной им теории электромагнитного поля: «О физических силовых линиях» (1861–1862) и «Динамическая теория электромагнитного поля» (1864–1865). За десять лет Максвелл вырос в крупнейшего учёного, творца фундаментальной теории электромагнитных явлений, ставшей наряду с механикой, термодинамикой и статистической физикой одним из устоев классической теоретической физики.

В этот же период жизни Максвелл начал работы по электрическим измерениям. Он был особенно заинтересован в рациональной системе электрических единиц, так как созданная им электромагнитная теория света основывалась только на совпадении отношения электростатических и электромагнитных единиц электричества со скоростью света. Вполне естественно, что он стал одним из активных членов «Комиссии единиц» Британской ассоциации. Кроме того, Максвелл глубоко понимал тесную связь науки и техники, важность этого союза как для прогресса науки, так и для технического прогресса. Поэтому с шестидесятых годов и до конца жизни он неустанно работал в области электрических измерений.

Напряжённая лондонская жизнь плохо отразилась на здоровье Максвелла и его жены, и они решили пожить в своём родовом имении Гленлэре. Это решение стало неизбежным после тяжёлого заболевания Максвелла в конце летнего отдыха 1865 года, который он, как обычно, проводил в своём имении. Максвелл оставил службу в Лондоне и пять лет (с 1866 по 1871 год) прожил в Гленлэре, выезжая изредка в Кембридж на экзамены, и лишь в 1867 году по совету врачей совершил путешествие в Италию. Занимаясь в Гленлэре хозяйственными делами, Максвелл не оставлял научных занятий. Он напряжённо работал над главным трудом своей жизни «Трактатом по электричеству и магнетизму», написал книгу «Теория теплоты», важную работу о регуляторах, ряд статей по кинетической теории газов, участвовал в собраниях Британской ассоциации. Творческая жизнь Максвелла в деревне продолжалась столь же интенсивно, как и в университетском городе.

В 1871 году Максвелл издал в Лондоне книгу «Теория тепла». Этот учебник пользовался большой популярностью. Учёный писал, что целью его книги «Теория тепла» было изложение учения о теплоте «в той последовательности, в которой оно развивалось».

Вскоре после выхода «Теории тепла» Максвелл получил предложение занять вновь организованную кафедру экспериментальной физики в Кембридже. Он согласился и 8 марта 1871 года был назначен кавендишским профессором Кембриджского университета.

В 1873 году выходят «Трактат по электричеству и магнетизму» (в двух томах) и книга «Материя и движение».

«Материя и движение» – это небольшая книжка, посвящённая изложению основ механики.

«Трактат по электричеству и магнетизму» – главный труд Максвелла и вершина его научного творчества. В нём он подвёл итоги многолетней работы по электромагнетизму, начавшейся ещё в начале 1854 года. Предисловие к «Трактату» датировано 1 февраля 1873 года. Девятнадцать лет работал Максвелл над своим основополагающим трудом.

Максвелл рассмотрел всю сумму знаний по электричеству и магнетизму своего времени, начиная с основных фактов электростатики и кончая созданной им электромагнитной теорией света. Он подвёл итоги борьбы теорий дальнодействия и близкодействия, начавшейся ещё при жизни Ньютона, посвятив последнюю главу своей книги рассмотрению теорий действия на расстоянии. Максвелл не высказался открыто против существовавших до него теорий электричества; он изложил фарадеевскую концепцию как равноправную с господствующими теориями, но весь дух его книги, его подход к анализу электромагнитных явлений были настолько новы и необычны, что современники отказывались понять книгу.

В знаменитом предисловии к «Трактату» Максвелл так характеризует цель своего труда: описать наиболее важные из электромагнитных явлений, показать, как их можно измерить и 

проследить математические соотношения между измеряемыми величинами.

 Он указывает, что постарается 

по возможности осветить связь математической формы этой теории и общей динамики, с тем чтобы в известной степени подготовиться к определению тех динамических законов, среди которых нам следовало бы искать иллюстрации или объяснения электромагнитных явлений.

В «Трактате» содержались основные уравнения электромагнитного поля, известные ныне как уравнения Максвелла. Впрочем, они были представлены в не слишком удобной форме (через скалярный и векторный потенциалы, к тому же в кватернионной записи), и их было довольно много — двенадцать. Впоследствии Генрих Герц и Оливер Хевисайд переписали их через векторы электрического и магнитного поля, получив в итоге четыре уравнения в современной форме. Хевисайд также впервые отметил симметрию уравнений Максвелла. Непосредственным следствием этих уравнений стало предсказание существования электромагнитных волн, экспериментально открытых Герцем в 1887–1888 годах. Другими важнейшими результатами, изложенными в «Трактате», стали доказательство электромагнитной природы света и предсказание эффекта давления света, обнаруженного много позже в знаменитых опытах Петра Лебедева. На основе своей теории Максвелл также дал объяснение влиянию магнитного поля на распространение света (эффект Фарадея). Ещё одно доказательство справедливости теории Максвелла – квадратичная связь между оптическими (показатель преломления) и электрическими (диэлектрическая проницаемость) характеристиками среды – было опубликовано Людвигом Больцманом вскоре после выхода «Трактата». Из уравнений Максвелла следовало, что магнитное поле, создаваемое источником тока, распространяется от него с постоянной скоростью. Возникнув, электромагнитное поле распространяется в пространстве со скоростью света 300 000 км/с, занимая всё больший и больший объём.

Фундаментальная работа Максвелла была прохладно принята большинством корифеев тогдашней науки – Стоксом, Эйри, Томсоном. Последний назвал теорию своего друга «любопытной и оригинальной, но не слишком логичной гипотезой», и лишь после опытов Лебедева эта его убеждённость была несколько поколеблена. Даже Герц избегал ссылок на Максвелла, работы которого были крайне непопулярны в Германии, и писал, что его опыты по созданию электромагнитных волн «убедительны вне зависимости от какой бы то ни было теории». Не способствовали пониманию новых идей и особенности стиля – недостатки обозначений и зачастую сумбурность изложения, что отмечали, например, французские учёные Анри Пуанкаре и Пьер Дюэм.

Лишь некоторые учёные, в основном молодые, всерьёз заинтересовались теорией Максвелла. Знаменитый голландский физик Хендрик Антон Лоренц, в своей работе одним из первых применивший теорию Максвелла, много лет спустя писал: 

Трактат об электричестве и магнетизме» произвёл на меня, пожалуй, одно из самых сильных впечатлений в жизни: толкование света как электромагнитного явления по своей смелости превзошло всё, что я до сих пор знал. Но книга Максвелла была не из лёгких! 

В середине семидесятых была опубликована работа Максвелла «О динамическом доказательстве молекулярного строения тел», представляющая важное дополнение к его «Теории тепла» и его работам по кинетической теории газов.

16 июня 1874 года состоялось торжественное открытие трёхэтажного здания Кавендишской лаборатории. В тот же день герцог Девонширский передал Максвеллу двадцать пакетов с рукописями Генри Кавендиша. Следующие пять лет Максвелл работал над наследием этого нелюдимого учёного, сделавшего, как выяснилось, ряд выдающихся открытий: измерил ёмкости и диэлектрические постоянные ряда веществ, определил сопротивление электролитов и предвосхитил открытие закона Ома, установил закон взаимодействия зарядов (известный как закон Кулона). Максвелл внимательно изучал особенности и условия кавендишевских опытов, многие из них были воспроизведены в лаборатории. В октябре 1879 года под его редакцией вышло двухтомное собрание сочинений «Электрические исследования достопочтенного Генри Кавендиша». Это была последняя книга Максвелла, выпущенная при его жизни.

Первые симптомы болезни появились у Максвелла ещё в начале 1877 года. Постепенно у него затруднялось дыхание, стало трудно проглатывать пищу, появились боли. Весной 1879 года он с трудом читал лекции, быстро уставал. В июне вместе с женой он вернулся в Гленлэр, его состояние постоянно ухудшалось. Врачи определили диагноз – рак брюшной полости. В начале октября окончательно ослабевший Максвелл вернулся в Кембридж под присмотр известного доктора Джеймса Паджета.

Вскоре, 5 ноября 1879 года, Джеймс Клерк Максвелл скончался. Гроб с телом учёного был перевезён из Кембриджа в его имение. Максвелл был похоронен рядом с родителями на маленьком кладбище в деревне Партон

Хотя вклад Максвелла в развитие физики (особенно электродинамики) не был оценён должным образом при его жизни, в последующие годы росло осознание истинного места его трудов в истории науки. Многие крупные учёные отмечали это в своих оценках. Так, Макс Планк обратил внимание на универсализм Максвелла как учёного: 

Великие мысли Максвелла не были случайностью: они, естественно, вытекали из богатства его гения; лучше всего это доказывается тем обстоятельством, что он был первооткрывателем в самых разнообразных отраслях физики, и во всех её разделах он был знатоком и учителем. 

На важность концепции поля в творчестве Максвелла указывали в своей популярной книге «Эволюция физики» Альберт Эйнштейн и Леопольд Инфельд: 

Формулировка этих уравнений [то есть уравнений Максвелла] является самым важным событием со времени Ньютона не только вследствие ценности их содержания, но и потому, что они дают образец нового типа законов. Характерную особенность уравнений Максвелла, которая проявляется и во всех других уравнениях современной физики, можно выразить в одном предложении: уравнения Максвелла суть законы, выражающие структуру поля… Теоретическое открытие электромагнитной волны, распространяющейся со скоростью света, является одним из величайших достижений в истории науки. 

Эйнштейн также признал, что «теория относительности обязана своим возникновением уравнениям Максвелла для электромагнитного поля».

На момент смерти Максвелл был известен прежде всего благодаря вкладу в молекулярно-кинетическую теорию, в разработке которой был признанным лидером. Большое значение в развитии науки, помимо множества конкретных результатов в этой области, имела разработка Максвеллом статистических методов, приведших в итоге к развитию статистической механики. Сам термин «статистическая механика» был введён Максвеллом в 1878 году.

Максвелл также способствовал формированию векторного исчисления в виде отдельной математической дисциплины; в частности, он ввел (1873) термин «градиент» и обозначение grad.

Максвелл являлся:

  • членом Эдинбургского королевского общества (1856)
  • членом Лондонского королевского общества (1861)
  • почётным доктором литературы Эдинбургского университета (1870)
  • иностранным членом Американской академии искусств и наук (1874)
  • членом Американского философского общества (1875)
  • членом -корреспондентом Гёттингенской академии наук (1875)
  • почётным доктором гражданского права Оксфордского университета (1876)
  • почётным членом Нью-Йоркской академии наук (1876)
  • членом Нидерландской королевской академии наук (1877)
  • Иностранным членом -корреспондентом Венской академии наук (1877)
  • Почётным доктором физики Падуанского университета (1878)

В честь Максвелла названы:

  • единица магнитного потока в системе СГС
  • стипендия Максвелла для лучших аспирантов
  • медаль и премия Максвелла британского Института физики (с 1961 года) для молодых учёных за выдающийся вклад в теоретическую, математическую или вычислительную физику
  • пост максвелловского профессора и студенческое общество имени Максвелла в Лондонском университете
  • Фонд имени Максвелла, проводящий с 1977 года на его родине конференции для физиков, математиков и инженеров
  • горный массив на Венере
  • щель Максвелла в кольцах Сатурна
  • телескоп Джеймса Клерка Максвелла, находящийся на Гавайях
  • здание в Эдинбургском университете (James Clerk Maxwell Building), где находятся отделения физики, математики и метеорологии
  • основное здание Сэлфордского университета и его концертный зал (Maxwell Building и Maxwell Hall)
  • центр Джеймса Клерка Максвелла (James Clerk Maxwell Centre) в Эдинбургской академии
  • улицы в нескольких городах Великобритании.

Имя Максвелла носят следующие объекты естествознания:

  • уравнения Максвелла
  • распределение Максвелла

По материалам Википедии и книги Д. Самин «100 великих учёных» (М.: Вече, 2000).

 

Джеймс Клерк Максвелл цитаты (27 цитат)

„But we have no right to think thus of the unsearchable riches of creation, or of the untried fertility of those fresh minds into which these riches will continue to be poured.“

—  James Clerk Maxwell

Introductory Lecture on Experimental Physics held at Cambridge in October 1871, re-edited by W. D. Niven (2003) in Volume 2 of The Scientific Papers of James Clerk Maxwell, Courier Dover Publications, p. 241; this has sometimes been misquoted in a way which considerably alters its intent: «in a few years, all the great physical constants will have been approximately estimated, and … the only occupation which will then be left to the men of science will be to carry these measurement to another place of decimals.»
Контексте: This characteristic of modern experiments — that they consist principally of measurements — is so prominent, that the opinion seems to have got abroad, that in a few years all the great physical constants will have been approximately estimated, and that the only occupation which will then be left to men of science will be to carry on these measurements to another place of decimals. If this is really the state of things to which we are approaching, our Laboratory may perhaps become celebrated as a place of conscientious labour and consummate skill, but it will be out of place in the University, and ought rather to be classed with the other great workshops of our country, where equal ability is directed to more useful ends.
But we have no right to think thus of the unsearchable riches of creation, or of the untried fertility of those fresh minds into which these riches will continue to be poured. It may possibly be true that, in some of those fields of discovery which lie open to such rough observations as can be made without artificial methods, the great explorers of former times have appropriated most of what is valuable, and that the gleanings which remain are sought after, rather for their abstruseness, than for their intrinsic worth. But the history of science shews that even during the phase of her progress in which she devotes herself to improving the accuracy of the numerical measurement of quantities with which she has long been familiar, she is preparing the materials for the subjugation of the new regions, which would have remained unknown if she had been contented with the rough methods of her early pioneers. I might bring forward instances gathered from every branch of science, shewing how the labour of careful measurement has been rewarded by the discovery of new fields of research, and by the development of new scientific ideas. But the history of the science of terrestrial magnetism affords us a sufficient example of what may be done by experiments in concert, such as we hope some day to perform in our Laboratory.

Джеймс Клерк Максвелл и самая первая цветная фотография

Первая цветная фотография, сделанная трехцветным методом, предложенным Джеймсом Клерком Максвеллом в 1855 году, сделана в 1861 году Томасом Саттоном. Предмет представляет собой цветную ленту, которую обычно называют тартановой лентой.

17 мая 1861 года шотландский физик сэр Джеймс Клерк Максвелл представил самую первую цветную фотографию в Королевском институте. На фотографии изображена тартановая лента, сделанная Томасом Саттоном по трехцветной методике, предложенной Максвеллом еще в 1855 году.

„Die Menschen empfinden im Allgemeinen eine große Freude an der Farbe. Das Auge bedarf ihrer, wie es des Lichtes bedarf. «
(« Люди обычно получают огромное удовольствие от цвета. Глаз нуждается в нем столько же, сколько и свет.
— Иоганн Вольфганг фон Гете: Zur Farbenlehre (1810 г.) )

Джеймс Клерк Максвелл и 2-е великое объединение физиков

Мы уже оценили наиболее выдающиеся достижения Джеймса Клерка Максвелла в этом блоге, такие как формулировка набора уравнений, объединивших ранее не связанные наблюдения, эксперименты и уравнения электричества, магнетизма и оптики в единую теорию.[1] Согласно своей теории Максвелл продемонстрировал, что электричество, магнетизм и свет являются проявлениями одного и того же явления, а именно электромагнитного поля. Это было названо «вторым великим объединением в физике» после первого, осуществленного Исааком Ньютоном. Но его интерес и исследования в области оптики также привели к трехцветному процессу в фотографии.

Теория трехцветного метода

Трехцветный метод, который лежит в основе практически всех практических цветовых процессов, будь то химический или электронный, был впервые предложен Максвеллом в статье 1855 года о цветовом зрении.Он основан на теории Юнга-Гельмгольца, согласно которой нормальный человеческий глаз воспринимает цвет, потому что сетчатка покрыта миллионами смешанных колбочек трех разных типов: Теоретически, один тип наиболее чувствителен к концу спектра, который мы называем «красным». », Другой более чувствителен к средней или« зеленой »области, а третий наиболее сильно стимулируется« синим ». Названные цвета представляют собой несколько произвольное деление на непрерывный спектр видимого света, и теория не является полностью точным описанием чувствительности конуса.Тем не менее, это достаточно совпадает с ощущениями, испытываемыми глазом, что при использовании этих трех цветов три типа колбочек стимулируются адекватно и неравномерно.

Первые испытания цветной фотографии

Цветная фотография основана на экспериментах с первых дней фотографии. Примерно в 1850–1851 годах американский баптистский проповедник и машинист дагеро Леви Хилл первым заявил о своем изобретении цветной фотографии. В качестве доказательства он представил так называемый хиллотип .Однако они были очень среднего качества, и Хилл также категорически отказывался раскрывать, как работает его методика, так что его утверждение уже было воспринято его современниками со скептицизмом. В 1860 году Ньепс де Сен-Виктор разработал метод записи всех цветов на одном светочувствительном слое (гелиохромия , ).

Исследования Максвелла по цветовому зрению

В своих исследованиях цветового зрения Максвелл показал, используя вращающийся диск, с помощью которого он мог изменять пропорции, что любой видимый оттенок или серый тон может быть создан путем смешивания только трех чистых цветов света — красного, зеленого и синего — в пропорции, которые будут стимулировать три типа клеток в одинаковой степени при определенных условиях освещения.Чтобы подчеркнуть, что каждый тип клетки сам по себе не видит цвета, а просто более или менее стимулируется, он провел аналогию с черно-белой фотографией: если три бесцветных фотографии одной и той же сцены были сделаны через красный, зеленый и синий цвета. фильтры и сделанные из них прозрачные пленки проецировались через те же фильтры и накладывались на экран, в результате получалось изображение, воспроизводящее не только красный, зеленый и синий, но и все цвета исходной сцены. Поскольку фотопластинки Томаса Саттона фактически были нечувствительны к красному и почти не чувствительны к зеленому, результаты этого новаторского эксперимента были далеки от совершенства.

Тартановая лента

Первая (прочная) цветная фотография, сделанная по рецепту Максвелла, набор из трех монохромных «цветоделений», была сделана Томасом Саттоном, который позже изобрел однообъективную зеркальную камеру и первый широкоугольный объектив в 1861 году для использовать для иллюстрации лекции Максвелла о цвете. Максвелл попросил Саттона трижды сфотографировать тартановую ленту, каждый раз с другим цветным фильтром (красным, зеленым или сине-фиолетовым) над линзой. Три фотографии были проявлены, напечатаны на стекле, а затем проецированы на экран с тремя разными проекторами, каждый из которых оснащен тем же цветным фильтром, который использовался для его фотографирования.При наложении на экран три изображения образовывали полноцветное изображение. Во время своей лекции, посвященной физике и физиологии, а не фотографии, Максвелл прокомментировал неадекватность результатов и потребность в фотоматериале, более чувствительном к красному и зеленому свету.

Позднее изобретение

Три фотопластинки сейчас хранятся в небольшом музее на улице Индия, 14 в Эдинбурге, в доме, где родился Максвелл. Предложение Максвелла 1855 года и эта предварительная демонстрация 1861 года, похоже, были быстро и полностью забыты, пока не были вновь обнаружены в 1890-х годах.За прошедшие десятилетия основная концепция была независимо заново изобретена несколькими людьми. Соответствующие процессы цветной фотографии параллельно разрабатывались Луи Дюко дю Оуроном и Чарльзом Кро [6] примерно с 1862 года и одновременно представлены в 1868 году. Однако только дю Орон смог продемонстрировать запатентованный и практичный процесс. Технология Du Hauron была основана на пластинах коллодия с бромистым серебром и производила пигментные слайды. Однако оба процесса основывались на принципе триколоризма (трихромии).Совершенно иного подхода придерживался Габриэль Липпманн, которого помнят как изобретателя метода воспроизведения цвета с помощью фотографии, основанного на явлении интерференции, за что ему была присуждена Нобелевская премия по физике 1908 г. [2]

На сайте yovisto academy video search вы можете посмотреть анимированное воссоздание фотографии Джеймса Клерка Максвелла « Tartan Ribbon » из Фонда Джеймса Клерка Максвелла [3].

Ссылки и дополнительная литература:

  • [1] Джеймс Клерк Максвелл и электромагнитные поля, блог SciHi, 13 июля 2013 г.
  • [2] Габриэль Липманн и цветная фотография, блог SciHi, 16 августа 2016 г.
  • [3] Tartan Rosette, Анимационное воссоздание фотографии Джеймса Клерка Максвелла « Tartan Ribbon », Фонд Джеймса Клерка Максвелла.
  • [4] Джеймс Клерк Максвелл в Викиданных
  • [5] Стоя на плечах гигантов — сэр Исаак Ньютон, SciHi Blog
  • [6] Несчастливые изобретения Чарльза Кроса, SciHi Blog
  • [7] «Первая цветная фотография 1861 года». Хранитель . 3 января 2017 г.
  • [8] Максвелл, Джеймс Клерк (1855). «Эксперименты с восприятием цвета глазами с замечаниями о дальтонизме». Сделки Эдинбургского королевского общества . XXI часть II.
  • [9] Хронология Джеймса Клерка Максвелла, через Викиданные

Как появилась первая цветная фотография в мире

Как оказалось, человек, создавший первую цветную фотографию, вообще не особо инвестировал в фотографию.

В середине 1800-х годов шотландский ученый Джеймс Клерк Максвелл был гораздо больше озабочен своими другими, разнообразными интересами — исследованием электромагнетизма, определением состава колец Сатурна и формулировкой уравнений, которые в конечном итоге привели к специальной теории относительности Альберта Эйнштейна. («Одна научная эпоха закончилась, а другая началась с Джеймса Клерка Максвелла», — сказал однажды Эйнштейн.) Максвелл, большой любитель британской поэзии, даже был известен тем, что сочинял свои собственные стихи.

Он также был очарован цветом. В 1855 году он предположил, что каждый оттенок радуги может быть создан с помощью различных комбинаций красного, зеленого и синего света.В 1860 году Максвелл принял профессуру в Королевском колледже Лондона, где продолжил свои эксперименты в области восприятия и зрения. С помощью своей жены Кэтрин Мэри Дьюар он установил восьмифутовый деревянный «цветной ящик» на чердаке своего дома на Террасе Дворцовых садов в Кенсингтоне, что позволило более точно смешать три основных цвета света. для создания других оттенков. «Экспериментируя у окна, — отмечает биография Максвелла 1882 года, — он восхищал своих соседей, которые считали его сумасшедшим, проводя столько часов, глядя в гроб.”

Его гипотеза, как понял Максвелл, также предоставила метод создания полноцветных изображений. Сделав серию черно-белых фотографий через зеленый, сине-фиолетовый и красный фильтры, можно было спроецировать три отдельных изображения одновременно на экран и получить изображение, представляющее весь спектр цветов. (Эти фотографии были сделаны с использованием стеклянных пластин, покрытых светочувствительной эмульсией, которая служила основным фотографическим носителем перед пленкой.) «На самом деле это не была цветная фотография в современном понимании», — сказал доктор.Кристин Кеньон Джонс, историк Кинга и автор истории университета 2004 года, рассказала Artsy.

Несмотря на все свои теоретические рассуждения, Максвелл не удосужился проверить этот процесс до 1861 года, примерно через шесть лет после того, как он впервые написал об этом. И хотя этот метод может показаться относительно простым для современного уха, «дело в том, что фотографу потребовались навыки, настойчивость и… немного удачи, чтобы осуществить его», — пишет Джон С. Рид в книге 2014 года о жизни и творчестве Максвелла. . Этим человеком был Томас Саттон, второй профессор фотографии в King’s.

«King’s была пионером в изучении фотографии, а профессора King’s доминировали в Фотографическом обществе того времени», — сказал Кеньон Джонс. «У Кинга был первый профессор фотографии, конечно, в Великобритании, как мы думаем, во всем мире». Сам Саттон был пионером фотографии, изобрел однообъективную зеркальную камеру и составил первый Британский словарь фотографии в 1858 году.

Под руководством Максвелла Саттон создал три экспозиции одного и того же объекта через красный, зеленый и сине-фиолетовый фильтры.В качестве сюжета они выбрали тартановую ленту — отражение, как сказал Кеньон Джонс, шотландского наследия Максвелла. «Я полагаю, они также искали что-то с разными цветами», — добавила она.

Максвелл использовал проекцию, чтобы проиллюстрировать свои теории на лекции в Королевском институте в мае 1861 года. Он доказал свою точку зрения; он не предпринимал дальнейших попыток развивать эту технологию. «На самом деле его интересовала не сама фотография, а качество света и человеческое зрение», — пояснил Кеньон Джонс.Пройдет 30 лет, прежде чем кто-нибудь подберет для себя нити работы Максвелла и принесет практические результаты. И только в 1906 году стали доступны стеклянные пластины, чувствительные ко всему видимому спектру.

Сегодня три физических пластины, которые вместе составляют первую в мире цветную фотографию, находятся в бывшем доме Максвелла в Эдинбурге (ныне музей). Как однажды написал поэт-эрудит — вероятно, не подозревая, что он аккуратно резюмировал свой вклад в область фотографии, — «Эти беглые впечатления, / должны быть преобразованы мысленными действиями, / в постоянное владение.”

Джеймс Клерк Максвелл — Биография, факты и изображения

Жил 1831 — 1879.

«Одна научная эпоха закончилась, а другая началась с Джеймсом Клерком Максвеллом».

Не верите? Что ж, я не был первым, кто это сказал — Альберт Эйнштейн сказал это первым.

Когда Эйнштейна спросили, стоял ли он на плечах Ньютона, он ответил: «Нет, я стою на плечах Максвелла».

И Ричард Фейнман, другой величайший физик 20 века, сказал:

«… великие преобразования идей происходят очень нечасто… мы можем вспомнить открытие Ньютоном законов механики и гравитации, теорию электричества и магнетизма Максвелла, теорию относительности Эйнштейна и… теорию квантовой механики.”

Объявления

Джеймс Клерк Максвелл — один из гигантов физики. К сожалению, его работы менее известны, чем работы других великих авторов — возможно, потому, что его главная слава — уравнения Максвелла — так трудно понять.

При создании этих уравнений он был первым ученым, когда-либо объединившим какие-либо фундаментальные силы природы. Он обнаружил, что электричество и магнетизм на самом деле на самом глубоком уровне представляют собой одну и ту же силу — электромагнитную силу.Тем самым Максвелл доказал, что свет представляет собой электромагнитную волну и таким образом связывает электричество, магнетизм и оптику.

Как будто этого достижения было недостаточно, его кинетическая теория газов точно объяснила происхождение температуры.

Он ввел вероятность в физику очень малого, заложив основу квантовой теории.

Он был первым человеком, который произвел цветную фотографию; и он использовал математику для объяснения колец Сатурна за 100 лет до того, как космический корабль «Вояджер» подтвердил его абсолютную правоту.

В дополнение к своим великим открытиям в личной жизни он был известен своей способностью к тяжелой работе, дружелюбием, личной добротой и щедростью.

Школьная жизнь Максвелла

Джеймс Клерк Максвелл родился в богатой семье в Эдинбурге, Шотландия, Великобритания, 13 июня 1831 года. Его отец был юристом, а мать умерла, когда ему было всего восемь лет.

Он учился в средней школе в Эдинбурге — Edinburgh Academy — где он опубликовал свою первую научную статью Oval Curves в возрасте всего 14 лет.К этому возрасту он также полностью выучил Библию наизусть. Максвелл был протестантом-евангелистом, считавшим, что его религия — личное дело каждого. Подобно Исааку Ньютону, он не видел разногласий между его наукой и религией.

Не сумев должным образом понять гения в своем классе, некоторые мальчики в школе дали Максвеллу имя «Дафти».

В школьных классах Максвелла было 60 детей. Один из его одноклассников, У. Макфарлейн, позже сказал о нем:

Клерк Максвелл, когда он поступил в Академию, был несколько деревенским и несколько эксцентричным.Мальчики называли его «Дафти» и пытались подшутить над ним. Я помню, как однажды он обратился с огромной энергией, с какой-то демонической силой, на своих мучителей. Думаю, после этого его оставили в покое, и постепенно он завоевал уважение даже самых легкомысленных одноклассников.

Максвелл подружился с Льюисом Кэмпбеллом, который впоследствии стал профессором греческого языка в Университете Сент-Эндрюс, и Питером Гатри Тейтом, который стал профессором физики в Эдинбургском университете.

Максвелл в университете — студент, затем профессор

В 16 лет Максвелл поступил в Эдинбургский университет на три года, изучая курсы физики (тогда это называлось натурфилософией), математики и философии. Курсы ему показались довольно простыми, и у него оставалось много свободного времени для собственных частных научных исследований. Максвелл продолжал публиковать серьезные научные статьи, пока учился на ученую степень.

В 19 лет он переехал в Кембриджский университет, изучал математику, а в 24 года стал членом Тринити-колледжа, разделив премию Смита по теоретической физике и математике с Эдвардом Раусом.

В 1856 году, в возрасте 25 лет, он был награжден высшей премией Эдинбурга по математике, Золотой медалью Стрейтона, и в том же году он был назначен на кафедру естественной философии в Абердинском университете, где проработал четыре года.

За это время он сформулировал и опубликовал свой блестящий анализ того, как кольца Сатурна могут быть стабильными в течение длительного времени. Лучший британский астроном того времени, Королевский астроном, сэр Джордж Бидделл Эйри сказал об этой работе:

Это одно из самых замечательных приложений математики к физике, которое я когда-либо видел.

Сатурн с большим количеством узких колец, показанных подробно. В 1859 году Максвелл предсказал, что кольца Сатурна будут состоять из огромного количества независимо вращающихся частиц, которые, если бы они были стабильными в течение длительного времени, были бы расположены в серии узких колец. В 1980 году его предсказание было подтверждено изображениями, отправленными обратно с космического корабля «Вояджер 2». Изображения, полученные НАСА.

Находясь в Абердине, он еженедельно читал бесплатную лекцию в колледже для рабочих. Он также женился на Кэтрин Мэри Дьюар, дочери директора университета.Максвелл потерял работу в Абердине, когда слияние университетских колледжей оставило его без работы.

В 1860 году, в возрасте 29 лет, он стал профессором Королевского колледжа в Лондоне. Он также установил, что каждая молекула воздуха при комнатной температуре сталкивается в среднем 8 миллиардов раз в секунду с другими молекулами.

Максвелл оставался в Лондоне до 1865 года, выполняя большую часть своей наиболее заметной работы.

Затем он вернулся в свой семейный дом в Шотландии на шесть лет, посвященных экспериментам, расчетам и письму.В 1866 году он писал:

.

Теперь мое время полностью занято экспериментами и размышлениями физического характера, которые я не мог предпринять, пока у меня были общественные обязанности.

За это время он написал большую часть новаторского «Трактата об электричестве и магнетизме » , опубликованного в 1873 году.

В 1871 году он стал профессором Кавендиша в Кембриджском университете, где оставался до своей смерти в 1879 году, в возрасте всего 48 лет.

Другие открытия

Цвет в человеческом глазу и фотография

24-летний Джеймс Клерк Максвелл, сфотографированный с помощью одного из своих цветовых кругов в 1855 году, когда он представил свою работу « Эксперименты с цветом » Королевскому обществу Эдинбурга.

Экспериментируя с вращающимися цветными кругами, Максвелл пришел к выводу, что световые рецепторы человеческого глаза способны видеть только три цвета света.

Позже он рассудил, что мог бы воспользоваться своим умозаключением, чтобы сделать цветную фотографию — тартана. У него были фотографии тартана, сначала через красный светофильтр, затем через зеленый фильтр, затем через синий фильтр.

Результатом одновременного проецирования трех изображений на экран стало цветное изображение клетчатой ​​ткани — первая в мире цветная фотография 1861 года.

Часть первого цветного изображения, когда-либо созданного фотографией. Для сравнения показана уменьшенная черно-белая версия.

Время жизни Максвелла в контексте

Время жизни Максвелла и время жизни ученых и математиков, работающих с электричеством и электромагнетизмом.

Электромагнетизм — первое объединение сил природы

Работа Максвелла в области электромагнетизма была вдохновлена ​​его анализом работ таких людей, как Андре-Мари Ампер, Ганс Кристиан Эрстед и, особенно, Майкл Фарадей.

Максвелл использовал математику для исследования фундаментальных причин электрического и магнитного поведения, создав для профессиональных физиков одни из самых красивых уравнений, которые они используют, — уравнения Максвелла. Эти уравнения обычно не изучаются до более поздних лет на университетских курсах физики или прикладной математики.

Максвелл показал, что должны существовать электромагнитные волны, скорость которых, по его расчетам, была бы идентична скорости света, о которой люди уже знали из экспериментов.Максвелл понял, что свет должен быть электромагнитной волной.

Он также указал, что инфракрасные и другие, еще не открытые электромагнитные лучи будут распространяться со скоростью света. Теперь мы знаем, что действительно существуют другие лучи, такие как радиоволны, микроволны, ультрафиолетовые лучи и рентгеновские лучи, и все они движутся со скоростью света.

Трудно понять, они — ключ к нашему современному миру

Хотя сейчас мы признаем гениальность и красоту работы Максвелла, она вызвала споры, когда он впервые опубликовал ее в 1864 году.Не многие люди осознавали, что уравнения Максвелла точно и полностью описывают электромагнетизм.

Уравнения Максвелла, представленные в форме векторного исчисления

В 1887 году, через восемь лет после смерти Максвелла, Генрих Герц наконец экспериментально продемонстрировал, что действительно существуют электромагнитные волны, которые ведут себя точно так, как предсказывал Максвелл.

К 1901 году Гульельмо Маркони передавал радиоволны — электромагнитные волны с наименьшей энергией — через Атлантический океан, из Великобритании в Канаду.Началась эра современных беспроводных телекоммуникаций.

Кинетическая теория газов и статистическая физика — конец физики Ньютона

В своей кинетической теории газов Максвелл установил, что температура газа полностью зависит от скорости его отдельных атомов или молекул.

Он понял, что частицы газа не будут двигаться с одинаковой скоростью, потому что столкновения между ними могут ускорить и замедлить некоторые. Максвелл показал, что частицы в газе будут иметь распределение разных скоростей и то, каково будет распределение.

Распределение Максвелла-Больцмана скоростей газа при трех различных температурах. При более высоких температурах частицы газа движутся с более высокими средними скоростями

Из этой работы он показал, что Второй закон термодинамики — закон, согласно которому тепло всегда течет от объектов с более высокой температурой к объектам с более низкой температурой, — это статистический закон, основанный на поведении огромного числа частиц. Хотя некоторые отдельные частицы могут не подчиняться закону, большинство подчиняется закону. Возможно даже, что закон может быть нарушен в более крупном масштабе, но вероятность этого ничтожно мала.

Капля в океане
Максвелл сравнил вероятность крупномасштабного нарушения одного из этих статистических законов с шансами налить стакан воды в океан, а затем окунуть его в океан и обнаружить, что он заполнены точно такими же молекулами, которые вы вливали ранее.

Используя распределение поведения молекул газа, Максвелл разработал статистическую физику. Его методы и методы, развитые в дальнейшем Уиллардом Гиббсом, были краеугольными камнями квантовой физики следующего столетия, когда мы больше не могли быть абсолютно уверены в поведении малых частиц — мы могли только смотреть на вероятность их поведения определенным образом. .

Максвелл помог увести физику от классического, механического мировоззрения Ньютона к квантовому, вероятностному взгляду, на который мы полагаемся сегодня, — взгляду, который никогда не нравился Альберту Эйнштейну, утверждая, что «Бог не играет в кости со Вселенной».

Ранняя смерть

К сожалению, Джеймс Клерк Максвелл прожил недолго. Он умер от рака брюшной полости в 1879 году в возрасте 48 лет. Как ни странно, его мать умерла в том же возрасте от той же болезни.У него осталась жена Кэтрин.

После смерти Максвелла мир потерял один из величайших умов.

Разговоры о Максвелле — Цитаты

«С точки зрения истории человечества — скажем, через десять тысяч лет — не может быть никаких сомнений в том, что самым значительным событием XIX века будет считаться открытие Максвеллом законов электродинамики».

Ричард Фейнман

Физик-теоретик

«Максвелл — физик-физик.”

Стивен Хокинг

Физик-теоретик

«Было унизительно, что мне задают столько вопросов, на которые ребенок не может ответить».

Джейн Кей

Тетя Максвелла, которая помогала ему обучать

«С самого начала теория Максвелла превосходила все другие по элегантности и изобилию взаимосвязей между различными явлениями, которые она включала».

Генрих Герц

Физик

«Специальная теория относительности обязана своим происхождением уравнениям Максвелла для электромагнитного поля.”

Альберт Эйнштейн

Физик-теоретик

«Он достиг непревзойденного величия».

Макс Планк

Физик-теоретик

«Уравнения должны были представлять природу, а природа, как считал Максвелл, прекрасна и элегантна … Это по существу эстетическое суждение физика-ботаника, совершенно неизвестного, за исключением нескольких других академических ученых, сделало для формирования нашей цивилизации больше, чем любые десять недавних президентов. и премьер-министры ».

Карл Саган

Астрофизик, планетолог

«Открытие электрических волн … оказало глубокое влияние на цивилизацию; он сыграл важную роль в обеспечении методов, которые могут приблизить всех жителей мира к слышимости друг друга, и имеет социальные, образовательные и политические возможности, которые мы только начинаем осознавать.”

J.J. Томсон

Физик

«Когда он перешел мост от астрономии к физике, он навсегда оставил после себя перспективу стать великим астрономом — но только для того, чтобы стать величайшим физиком-математиком, которого мир видел со времен Ньютона».

Джеймс Джинс

Астроном, физик, математик

Объявления

Автор этой страницы: The Doc
Изображения Джеймса Клерка Максвелла улучшены и раскрашены этим сайтом.
© Все права защищены.

Цитируйте эту страницу

Используйте следующую ссылку, соответствующую требованиям MLA:

 «Джеймс Клерк Максвелл». Известные ученые. famousscientists.org. 01 июля 2014 г. Интернет.
. 

Опубликовано FamousScientists.org

Диски из цветного топа Джеймса Клерка Максвелла

Джеймс Клерк Интерес Максвелла к цветовому зрению возник, когда он был молодым человеком. Он познакомился с этой темой, когда ему было 18 лет, одним из его профессоров в Эдинбургском университете Джеймсом Форбсом.Максвелл продолжал учиться в Кембриджском университете, где проводил исследования цветового зрения, в частности того, как люди видят смеси цветов. Если смешать два цвета, мы все увидим один и тот же результат?

Вверху: Джеймс Клерк Максвелл с его первым дизайном цветного топа, 1850-е годы. Оригинал в Тринити-колледже в Кембридже.

Аппарат, который он сначала использовал для этого исследования, представлял собой цветной волчок. Его познакомил с ними Forbes, и он был сфотографирован с этой первой вершиной в молодости, что показывает то значение, которое он ей придавал.Сама эта вершина сохранилась в коллекциях Кавендишской лаборатории в Кембридже.

Топы Максвелла

Максвелл вскоре изобрел волчок меньшего размера (который, вероятно, легче было быстро вращать), и был изготовлен для него производителем оптических инструментов Брайсоном из Эдинбурга. Он состоял из металлического диска со шкалой по краю, которая была разделена на 100, бумажных дисков двух размеров, окрашенных художественными пигментами (названные на их спине), и оси, которая скрепляла все вместе и позволяла ему вращаться.

Вверху: диаграмма Максвелла с волчком и дисками. Труды Эдинбургского королевского общества, 1855 г.

Чтобы использовать цветной верх, два или три больших диска выбираются и соединяются вместе так, чтобы была видна часть каждого из них. Они расположены сверху, и процент каждого видимого цвета считывается по внешней шкале. Диски не идеально круглые; На каждой из них торчит небольшая метка, помогающая читать шкалу. Два или три меньших диска были соединены вместе и помещены сверху, так что большие диски были видны в виде кольца.

Когда верх быстро вращается, быстрее, чем может проследить глаз, кажется, что цвета сливаются вместе. Видны два цвета: один во внешнем кольце и один в центре. Если диски были выбраны правильно и пропорции разных цветов тщательно отрегулированы, и внешнее кольцо, и внутренний круг могут иметь одинаковый цвет при вращении верха.

Это то, что сделал Максвелл, тщательно записав различные цвета и пропорции, необходимые для согласования внутреннего и внешнего цветов.Он обнаружил, что пропорции цветов, которые считались наиболее подходящими, немного зависели от наблюдателя, и несколько людей, страдающих дальтонизмом, дали очень разные ответы. Результаты также менялись в зависимости от источника света; большинство его показаний было снято при солнечном свете, но некоторые другие результаты были получены при взгляде на верхнюю часть под (Эдинбургским) газовым фонарем. Точный цвет газового фонарика варьировался из-за различий в местной подаче и загрязняющих веществ в газе, а также зависел от конструкции горелки.

Вверху: набор дисков Максвелла профессора Форбса. У него было бы больше цветов, которые не сохранились.

Быть одним из наблюдателей Максвелла, должно быть, было довольно долгой и, вероятно, утомительной задачей. Требовалось неоднократно смотреть на волчок (или на световой короб, который также использовал Максвелл) и описывать разницу между двумя цветами. В 1859 году он написал своему другу детства, физику Питеру Гатри Тэту:

Составное изображение Джеймса Клерка Максвелла (1831-1879).Фотограф Максвелла сделал три фотографии тартановой ленты, каждая из которых была разного цвета. Фото 1895-5265: Superstock

Superstock предлагает миллионы фотографий, видео и стоковых ресурсов для креативщиков со всего мира. Это изображение Composite image Джеймса Клерка Максвелла (1831-1879).Фотограф Максвелла сделал три фотографии тартановой ленты, каждая из которых имеет разный цвет f … от NMPFT / SSPL / Science and Society доступен для лицензирования сегодня.

Детали

Номер изображения: 1895-5265
Права управляемого
Кредит: NMPFT / SSPL / Наука и общество
Разрешение модели: Нет
Разрешение собственности: Нет
Детали: 2740 x 3315px | 9.13 дюймов x 11,05 дюйма | 27,25 МБ | 300 точек на дюйм


ЛИЦЕНЗИРОВАНИЕ EASY RM

250 долларов США

Издательское дело / образование

400

Прямой маркетинг — внутреннее использование

$ 1600

Продлить лицензию

Для индивидуальных тарифных планов со скидкой, без водяных знаков или пакетов изображений для частных лиц или корпораций нажмите кнопку
НУЖНЫ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ОПЦИИ ниже.


В поисках материалов для подписки посетите наш дочерний сайт PURESTOCK .

Добавить в корзину Нужны дополнительные параметры?

×

Свяжитесь с нами

Мы здесь, чтобы помочь! Свяжитесь с нами, если вам нужны более гибкие варианты лицензирования.

Позвоните нам по телефону 866-236-0087
. Представители доступны с 9:00 до 18:00 EST.



Ключевые слова

Пожалуйста, свяжитесь с

Продажи и исследования SuperStock
Эл. Почта: [email protected]
Телефон: 1-866-236-0087


открытий — Джеймс Клерк Максвелл — Зал славы науки

Открытий

Джеймс Максвелл был экспертом в нескольких различных областях науки:

Он проделал выдающуюся работу во всех областях.

Электромагнетизм

Максвелл наиболее известен своими исследованиями в области электромагнитного излучения, которые объединяют науки об электричестве, магнетизме и оптике.

Электричество течет через многие металлы из-за движения электронов между атомами металла. Движущиеся электроны также создают магнитное поле, сила которого зависит от количества движущихся электронов.

Электромагниты объединяют электричество и магнетизм в одном устройстве, а колеблющиеся движения электронов создают электромагнитные волны.

Максвелл увидел аналогии между скоростями распространения электромагнитных волн и света и разработал четыре важных математических уравнения, которые формулировали эти и другие отношения между электричеством и магнетизмом.

Некоторые результаты Максвелла послужили поводом для исследования Альберта Эйнштейна в области теории относительности . Эйнштейн сказал: «Одна научная эпоха закончилась, а другая началась с Джеймса Клерка Максвелла».

Астрономия: Кольца Сатурна

В 1856 году, в возрасте 25 лет, Максвелл начал работу над другой областью исследований — составом колец Сатурна.

Во времена Максвелла многие астрономы полагали, что кольца состоят из жидкости, в то время как Максвелл полагал, что они состоят из небольших вращающихся тел.

Чтобы показать аудитории, что небольшие вращающиеся тела могут казаться жидкими, Максвелл разработал модель. Это был «динамический волчок» с маленькими шарами, изображающими тела.

Когда волчок вращался быстро, можно было увидеть то, что выглядело как движение волн.

Движение газов: кинетическая теория газов

Максвелл вместе с австрийским физиком Людвигом Больцманом разработал теорию, названную «распределением Максвелла-Больцмана».

Это позволило определять скорости молекул в газе при различных температурах. Максвелл описал гипотетическую ситуацию, когда газы в контейнере можно разделить на две части. Была горячая сторона, где молекулы движутся быстро, и холодная сторона, где молекулы движутся медленно.

Крошечный воображаемый «демон» у люка будет управлять потоком молекул между ними, производя постоянный источник энергии. Это сработало бы только в том случае, если бы демон был достаточно умен, чтобы различать скорости молекул газа, не требуя для себя энергии.

Оптика: смешивание цветов света

Максвелл хотел знать, почему смешивание разных цветов света дает другой результат, чем смешивание одних и тех же цветов краски.

Например:

  • Смешивание синей и желтой краски дает зеленый
  • Смешивание синего и желтого светлый дает розовый цвет.

Его объяснение зависело от того, почему мы видим вещи определенного цвета.

Солнечный свет хоть и выглядит белым, но содержит весь спектр цветов радуги. Когда он ударяется о такой объект, как трава, поглощается весь спектр, кроме зеленого, который отражается обратно в глаза.

Если вы смешиваете свет, с другой стороны, вы добавляете световые лучи вместе — это другой процесс с разными результатами.

Некоторые эксперименты Максвелла проводились с использованием устройства, которое он сам сделал — «цветной коробки», содержащей стеклянные призмы и линзы.

Оптика: первая цветная фотография

Максвелл обнаружил, что цветные фотографии можно формировать с помощью красного, зеленого и синего фильтров.

В 1861 году Максвелл представил первую в мире цветную фотографию — тартановую ленту.

Были сделаны три снимка, каждый раз с разными цветными фильтрами на объективе.

Максвелл проявил изображения, а затем спроецировал их на экран с помощью трех разных проекторов.Каждый использовал один и тот же цветовой фильтр для создания своего изображения. Три изображения сформировали полноцветное изображение.

Эти три фотопластинки сейчас хранятся в небольшом музее на улице Индия, 14 в Эдинбурге, в доме, где родился Максвелл.

К началу

Кем был Джеймс Клерк Максвелл? Величайший физик, о котором вы, вероятно, никогда не слышали.

Пол М. Саттер — астрофизик в SUNY Стоуни-Брук и Институт Флэтайрон, ведущий « Спросите космонавта », и « Space Radio » и автор книги « Как умереть в космосе

Все являются поклонниками Альберта Эйнштейна , и не зря: он изобрел по крайней мере четыре новых области физики, сотворил совершенно новую теорию гравитации из ткани своего собственного воображения и научил нас истинному природа времени и пространства. Но кто был поклонником Эйнштейна?

Джеймс Клерк Максвелл. Кто? О, он всего лишь ученый, ответственный за объяснение сил, стоящих за радио в вашей машине, магнитов на вашем холодильнике, тепла теплый летний день и заряд аккумулятора.

Связанные : Известное уравнение Эйнштейна, впервые использованное для создания материи из света

В начале

Большинство людей не знакомы с Максвеллом, шотландским ученым и эрудитом XIX века. Тем не менее, он, возможно, был величайшим ученым своего поколения и произвел революцию в физике, чего никто не ожидал. Фактически, ровесникам Максвелла потребовались годы, чтобы понять, насколько он классный и правый.

В то время одним из основных направлений научного интереса были странные и сбивающие с толку свойства электричества и магнетизма . Хотя эти две силы были известны человечеству на протяжении тысячелетий, чем больше ученые изучали эти силы, тем более странными они казались.

Древние люди знали, что некоторые животные, такие как электрические угри, могут шокировать вас, если вы прикоснетесь к ним, и что определенные вещества, например янтарь, могут притягивать вещи, если вы их потрете. Они знали, что молния может вызвать возгорание.Они нашли магические камни, называемые магнитами, которые могли притягивать куски металла. И они освоили использование компаса, хотя и не понимали, как он работает.

К тому времени, когда вмешался Максвелл, множество экспериментов расширили масштабы странностей этих сил. Такие ученые, как Бенджамин Франклин , обнаружили, что электричество от молнии можно накапливать. Луиджи Гальвани обнаружил, что поражение живых организмов электричеством заставляет их двигаться.

Между тем французские ученые обнаружили, что электричество, движущееся по проводу, может притягивать — или отталкивать, в зависимости от направления потока — другой провод, и что наэлектризованные сферы могут притягиваться или отталкиваться с силой, пропорциональной квадрату их разделения.

Как ни странно, казалось, что между электричеством и магнетизмом существует странная связь. Электрифицированные провода могут отклонять движение компаса. Запуск потока электричества в одном проводе может стимулировать поток электричества в другом, даже если провода не были подключены.Размахивание магнитом может генерировать электричество.

Все это было совершенно захватывающе, но никто не понимал, что происходит.

Великий объединитель

Затем появился Максвелл. Он слышал обо всей этой путанице с электричеством и магнетизмом, когда работал над другой проблемой: , как работает цветовое зрение . (Действительно, он изобрел цветную фотографию.)

Всего за несколько лет Максвелл вообразил физику и математику, необходимую для объяснения всех экспериментов, связанных с электричеством и магнетизмом.

Для этого ему просто нужно было мыслить как будущий ученый.

Сегодня современная физика основана на концепции поля, сущности, которая охватывает все пространство и время и сообщает другим объектам, как двигаться. Хотя Максвелл не был первым, кто придумал такое поле, он был первым, кто заставил его работать и превратил из удобного математического трюка в реальную физическую сущность.

Например, Максвелл предполагал, что силы электричества и магнетизма переносятся и передаются посредством электрических и магнитных полей.Максвелл сказал, что электрический заряд создаст окружающее его электрическое поле. Любые другие заряды могут почувствовать это поле, и, основываясь на силе и направлении поля, он будет знать, как реагировать на силу исходного заряда.

То же самое произошло с магнитным полем , и Максвелл пошел еще дальше. Он понял, что электрическое и магнитное поля — это две стороны одной медали: электричество и магнетизм не были двумя отдельными, разными силами, а просто двумя выражениями одной и той же объединенной электромагнитной силы.Вы не можете думать об электричестве, не думая также о магнетизме, и наоборот.

Да будет свет

Прозрения Максвелла приняли форму 20 взаимосвязанных уравнений, которые несколько лет спустя были сведены к четырем уравнениям электромагнетизма, которым ученые и инженеры по сей день преподают. Его революция последовала за первым объединением физики Isaac Newton , в котором гравитация Земли соединилась с гравитацией неба в соответствии с одним законом, а уравнения Максвелла стали известны как второе великое объединение в физике.

Проницательность Максвелла была огромной — кто бы мог подумать, что электричество и магнетизм не просто связаны, а являются одним и тем же? Современная физика занимается поиском единых объединяющих принципов для описания обширных областей природных явлений, и Максвелл вывел объединяющую партию на новый уровень.

Но Максвелл на этом не остановился. Он понял, что изменяющиеся электрические поля могут вызывать магнитные поля, и наоборот. Поэтому он сразу начал задаваться вопросом, может ли такая установка быть самоусиливающейся, когда изменяющееся электрическое поле будет создавать изменяющееся магнитное поле, которое затем могло бы создать изменяющееся электрическое поле и так далее.

Максвелл понял, что это будет волна — волна электромагнетизма. Он приступил к вычислению скорости этих электромагнитных волн, используя силу сил электричества и магнетизма, и выскочил… , скорость света .

Введя понятие поля в анализ электричества и магнетизма, Максвелл обнаружил, что свет — во всех его формах, от инфракрасного до радиоволн и цветов радуги — на самом деле был волнами электромагнитного излучения .

С помощью одного набора уравнений, одного блестящего скачка интуиции и проницательности Максвелл объединил три великие области физики: электричество, магнетизм и оптику. Неудивительно, что Эйнштейн восхищался им.

Узнайте больше, послушав серию « Почему мы должны интересоваться Максвеллом? » в подкасте «Спросите космонавта», доступном на iTunes и askaspaceman.com . Задайте свой вопрос в Twitter, используя #AskASpaceman, или подписавшись на Paul @PaulMattSutter и facebook.com / PaulMattSutter . Следуйте за нами на Twitter @ Spacedotcom и на Facebook .

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.