Джеймс Клерк Максвелл (13 июня 1831 - 5 ноября 1879) — британский (шотландский) физик, математик и механик. Известен как создатель классической электродинамики.
Немного о жизни
Джеймс Клерк Максвелл родился в старинном шотландскому роду Клерков из Пениквика. С появлением сына семья переехала из Эдинбурга в свое имение Миддлби. Мальчик рос любопытным, его всегда интересовали развивающие игрушки. Домашний учитель появился у ребенка только в десятилетнем возрасте, но этот формат обучения не подошел. Тогда будущий ученый уехал в Эдинбург, где стал жить у тети и учиться в Эдинбургской академии. Особое внимание в этом учебном заведении уделяли изучению латинского, греческого и английского языков, а также римской литературы и Священного Писания. Со временем Максвелл стал лучшим учеником класса.
За время обучения Максвелл заинтересовался геометрией. Например, он разработал свой способ рисования овалов, с помощью булавки-фокуса, нитки и карандаша. Профессор Джеймс Форбс даже рассказал об этой находке ученика на заседании Эдинбургского королевского общества, а затем опубликовал их.
Время учебы в академии было полезно для Максвелла и с точки зрения социальных контактов. Он сдружился с одноклассником Льюисом Кемпбеллом, который впоследствии стал известным филологом-классицистом и биографом Максвелла. В академии завязалось и общение с будущим известным математиком Питером Гатри Тэтом.
По окончании академии будущий великий ученый продолжил обучение в Эдинбургском университете (1847-1850). Там он изучал математику, физику, философию, а также проводил опыты — в основном по оптике, химии, магнетизму. Уже в студенчестве Максвелл всерьез занимался наукой. Его занимало изучение механических свойств материалов при помощи поляризованного света. Результаты своих исследований он представил в 1850 году на одном из заседаний Эдинбургского королевского общества. Несомненно, это было мощное подтверждение успеха трудов молодого ученого. В 1850 году Максвелл отправится в Кембридж, чтобы продолжить образование. В начале 1854 года он преодолел итоговый трехступенчатый экзамен по математике. Это позволило ему занять второе место в списке студентов и получить степень бакалавра.
Конечно, на этом образование не закончилось — Джеймс остался в Кембридже ради подготовки к профессорскому званию. Его деятельность была разнообразна: он занимался с учениками, принимал экзамены, начал трудиться над книгой по оптике (завершена она не была). Основной же научный интерес Максвелла в тот период — теория цветов. Он развивал идеи Томаса Юнга о существовании трех основных цветов и их взаимосвязи с физиологическими процессами в организме человека. В Кембридже он также занялся изучением электричества и магнетизма. 1855 год был ознаменован сдачей экзамена, который позволил Максвеллу стать членом совета колледжа. Недолгое время он читал лекции по гидростатике и оптике. Уже в следующем году ученого назначили на пост профессора в Абердине.
Наука помнит
Открытия Максвелла можно перечислять практически бесконечно. Расскажем о самых интересных. В 1860 году Максвелл представил на съезде Британской ассоциации в Оксфорде свои результаты изучения теории цветов и подкрепил их экспериментальными демонстрациями с помощью цветового ящика. Через год ученый во время лекции в Королевском институте продемонстрировал собравшимся первую в мире цветную фотографию. Идее Максвелла на тот момент было уже пять лет. Воплотил он ее вместе с фотографом Томасом Саттоном.
Конечно, главное научное достижение Максвелла — созданная им в 1860-1865 годы теория электромагнитного поля. Он оформил ее в виде системы нескольких уравнений (которые сегодня носят его имя — уравнения Максвелла). Они выражают все основные закономерности электромагнитных явлений. В теории электромагнитного поля ученый ввел новое определение — ток смещения, при этом конкретизировав сам термин «электромагнитное поле». Джеймс сделал вклад в представление о том, что в свободном пространстве существует электромагнитное излучение (электромагнитные волны), они расходятся по пространству со скоростью света. Это помогло Максвеллу убедиться, что свет — один из видов электромагнитного излучения. Так оформилась идея электромагнитной природы света. Это открытие помогло раскрыть связь между оптическими и электромагнитными явлениями.
Также в науке до сих пор помнят про «демона Максвелла». Это словосочетание связано с проведенным ученым в 1867 году мысленным экспериментом. Он ставил под сомнение, казалось бы, незыблемый второй закон термодинамики. Напомним, правило гласит, что передача тепла от тела с меньшей температурой телу с большей температурой невозможна без совершения работы. Эксперимент Максвелла в общих словах можно описать следующим образом: перегородка из непроницаемого материала делит емкость с газом на две равные части. При этом перегородка содержит микроотверстие — через него условное устройство (демон Максвелла) позволяет попадать быстрым «горячим» молекулам только в правую часть емкости, а «холодные» частицы газа, наоборот, пропускает только в левую часть из правой. В итоге спустя время все холодные частицы должны собраться на левой стороне, а горячие — на правой. Горячий газ после разделения может пригодиться для совершения работы. Так, демон Максвелла может охлаждать одну часть емкости с газом и нагревать другую, не применяя для этого дополнительную внешнюю энергию. Данный мысленный эксперимент вызвал много обсуждений в научных кругах, а также послужил импульсом к изучению связи между термодинамикой и теорией информации.
Знаете ли вы?
- В восемь лет будущий ученый был способен процитировать практически любой стих из Книги Псалмов.
- В период учебы в университете у Максвелла был очень необычный распорядок дня. Работой он занимался с семи утра до пяти вечера, после недолго спал, вставал в половине десятого и уделял время чтению, с двух до половины третьего ночи бегал по коридорам общежития, а после — ложился отдыхать.
- Ученый был настоящим полиглотом и владел английским, греческим, латинским, немецким, итальянским и французским.
- Максвелл умер молодым — в 48 лет онкология оборвала жизнь ученого.