Informacje
  Wiw.pl   Na bieżąco:  Informacje   Co nowego   Matematyka i przyroda:  Astronomia   Biologia   Fizyka   Matematyka   Modelowanie rzeczywistości   Humanistyka:  Filozofia   Historia   Kultura antyczna   Literatura   Sztuka   Czytaj:  Biblioteka   Delta   Wielcy i więksi   Przydatne:  Słowniki   Co i gdzie studiować   Wszechświat w obrazkach    
  Jesteś tutaj:  Wirtualny Wszechświat > Informacje > Nowinki 2000-2002 > Fizyka > Nowinka z dn. 13-06-2001  
 Jesteś tutaj
nowinka:
Błyskotliwy Szkot
autor:
Jarosław Włodarczyk
z dnia:
13-06-2001





Błyskotliwy Szkot
13 czerwca 2001 r. minęło 170 lat od urodzin jednego z najwybitniejszych fizyków wszech czasów - Jamesa Clerka Maxwella. Choć pierwszym skojarzeniem, jakie nam się nasuwa, gdy słyszymy nazwisko wielkiego Szkota, jest termin "równania Maxwella", prace Jamesa Clerka świadczą o jego wszechstronności i rozległości zainteresowań.

James Clerk Maxwell (1831-1879)
James Clerk Maxwell (1831-1879)
James Clerk Maxwell (1831-1879) urodził się 13 czerwca 1831 r. w Edynburgu, przy India Street 14 (obecnie znajduje się tam muzeum Maxwella - 15 minut spacerkiem od dworca kolejowego) w szacownej szkockiej rodzinie Clerków Maxwelli. Kiedy James miał 8 lat, zmarła jego matka, Frances z domu Cay. Jego ojciec, John, i wujek John Cay uczestniczyli w życiu naukowym i intelektualnym miasta, będąc członkami edynburskiego Towarzystwa Królewskiego, jak również Królewskiego Szkockiego Towarzystwa Sztuk Pięknych. Zimą 1845/1846 czternastoletni Maxwell zaczął wraz z ojcem brać udział w spotkaniach obu stowarzyszeń. 9 marca 1846 r. na forum Towarzystwa Sztuk Pięknych David Ramsay Hay, autor wydanej w tym samym roku książki First Principles of Symmetrical Beauty (Pierwsze zasady symetrycznego piękna), wygłosił odczyt na temat maszyny, służącej do rysowania doskonałych owali. Młody Maxwell rozwinął tę metodę w swej pierwszej pracy naukowej, napisanej w kwietniu 1846 r.: Obserwvations on circumscribed figures having a plurality of foci, and radii of various proportions (Uwagi o figurach opisanych, mających wiele ognisk i promienie różnej wielkości). W szkicu autobiograficznym, zanotowanym w 1873 r., Maxwell tak wspominał swe pierwsze fascynacje z pogranicza nauki i estetyki:

Zawsze traktowałem matematykę jako metodę uzyskiwania najlepszych kształtów i wymiarów rzeczy; i nie mam na myśli najużyteczniejszych i najbardziej ekonomicznych, lecz głównie - najbardziej harmonijnych i najpiękniejszych.

Od 1841 r. Maxwell pobierał nauki w Akademii Edynburskiej, gdzie na tyle wyróżniał się oryginalnym zachowaniem na tle innych uczniów, że otrzymał przezwisko Dafty (stuknięty). Jego talenty ujawniły się w średnich klasach, gdy zaczął zdobywać nagrody za wyniki w nauce i postępy w matematyce oraz języku angielskim. Jesienią 1847 r. Maxwell wstąpił na Uniwersytet Edynburski, podejmując studia logiki, filozofii naturalnej i matematyki. Rozwijał również zainteresowania fizyką, prowadząc badania doświadczalne i teoretyczne nad światłem, jego polaryzacją i barwami, oraz ciałami sprężystymi. Jesienią 1850 r. Maxwell wstąpił do jednego z najstarszych kolegiów Uniwersytetu w Cambridge, Peterhouse, ale w grudniu tego samego roku, za rekomendacją swego profesora filozofii naturalnej z Edynburga, Jamesa Davida Forbesa, przeszedł do słynnego Trinity College, gdzie pogłębiał swą wiedzę matematyczną i fizyczną. Po pomyślnie zdanych egzaminach w kwietniu 1852 r. Maxwell uzyskał stypendium w Trinity, a w 1854 r. otrzymał stopień naukowy z matematyki. Rok później został fellowem (członkiem) Trinity College.

W tym czasie Maxwell prowadził badania (również eksperymentalne) nad kolorami i ich mieszaniem, ale najważniejsze jego studia dotyczyły matematycznego sformułowania teorii linii sił pola, wprowadzonych do opisu zjawisk elektrycznych i magnetycznych przez Michaela Faradaya (1791-1867). W swym Treastise on Electricity and Magnetism (Traktat poświęcony elektryczności i magnetyzmowi) z 1873 r. Maxwell tak szkicował ówczesną sytuację w tej dziedzinie:

Było to być może szczęśliwym dla nauki wydarzeniem, że Faraday, choć zupełnie obeznany z pojęciami przestrzeni, czasu i siły, nie był właściwie matematykiem. Nie podlegał więc pokusie wdawania się w interesujące, lecz czysto matematyczne badania, do których wzywały go jego odkrycia. Nie myślał też o tym, by wynikom swym nadać postać matematyczną, czy to taką, która by zyskała aprobatę współczesnych matematyków, czy też taką, która by im dała powody do ataków. Dzięki temu miał czas posuwać naprzód odpowiadające swej umysłowości prace, uzgodnić swe idee z odkrytymi przez siebie faktami i stworzyć sobie dla wyrażenia swych wyników język, jeżeli nie techniczny, to w każdym razie naturalny. (Cyt. wg Max von Laue: Historia fizyki. Tłum. Armin Teske. Wyd. II. PWN, Warszawa 1960).

W ten sposób na przełomie lat 1855/1856 powstała pierwsza praca Maxwella On Faraday's lines of force (O liniach sił Faradaya), przede wszystkim geometryczna, która znalazła rozwinięcie fizyczne w On physical lines of force (O fizycznych liniach sił), rozprawie opublikowanej w czterech częściach w latach 1861-1862, by wreszcie zyskać zwieńczenie w słynnym artykule A dynamical theory of the electromagnetic field (Dynamiczna teoria pola elektromagnetycznego) z 1865 r. Jednakże znane nam pełne sformułowanie czterech równań Maxwella i ich fizyczna interpretacja, jak również elektromagnetyczna teoria światła zostały podane przez ich odkrywcę we wspomnianym już Traktacie w 1873 r.

Ze względów rodzinnych prace Maxwella nad teorią elektromagnetyzmu przebiegały w różnych miejscach. Na początku 1856 r. ojciec Jamesa zachorował i ten zdecydował się poszukać pozycji na uczelni bliżej rodzica. Wystąpił o profesurę na katedrze filozofii naturalnej w Marischal College w Aberdeen. I choć na początku kwietnia ojciec Maxwella zmarł, a uczony powrócił po pogrzebie do Cambridge, jesienią przyjął nominację z Aberdeen. Pracował tam cztery lata i w tym okresie, w czerwcu 1859 r., ożenił się z Katherine Mary Dewar, córką przełożonego Marischal College. W 1860 r. przeniósł się do Londynu, obejmując w King's College katedrę filozofii naturalnej. Porzucił to stanowisko wiosną 1865 r., powracając do rodzinnej posiadłości w Glenlair (około 20 km od Dumfries). W 1871 r. otrzymał jednak propozycję zostania profesorem fizyki doświadczalnej na katedrze im. Cavendisha w Cambridge oraz pokierowania budową, a potem - badaniami, Laboratorium im. Cavendisha. Maxwell propozycję zaakceptował. Laboratorium zostało oficjalnie otwarte w 1874 r. Ostatni semestr zajęć ze studentami Maxwell skończył w maju 1879 r. Na wakacje powrócił z żoną do Glenlair, a 8 października był znowu w Cambridge. Umarł 5 listopada 1879 r.

Przenosząc się do Aberdeen, Maxwell wiedział, że St John's College z Cambridge ogłosił czwartą edycję konkursu im. Johna Coucha Adamsa (współodkrywcy Neptuna), wybierając tym razem na temat pracy problem stabilności pierścieni Saturna. Uczony podjął wyzwanie i jego praca, On the Stability of the Motion of Saturn's Rings (O stabilności ruchu pierścieni Saturna), w której jako pierwszy udowodnił, że pierścienie te muszą składać się wielu drobnych fragmentów, otrzymała nagrodę im. Adamsa za 1857 r. W Aberdeen Maxwell rozpoczął badania nad dynamiczną teorią gazów; badania te doprowadziły w okresie londyńskim do ważnych odkryć fizyki statystycznej, w tym tzw. statystyki Maxwella-Boltzmana, opisującej rozkład prędkości cząsteczek gazu. A jednym z pomysłów, związanym z tymi badaniami, było powołanie w 1867 r. demona Maxwella (choć nazwę tę wymyślił lord Kelvin i nie podobała się ona Maxwellowi, który optował za terminem "zawór"). Otóż demon Maxwella miałby otwierać i zamykać zawór pomiędzy dwiema częściami pojemnika z gazem o tej samej temperaturze w ten sposób, by do jednej komory wpuszczać tylko cząsteczki gazu o dużej prędkości, do drugiej zaś - cząsteczki wolne. W ten sposób w jednej komorze znalazłby się gaz o wysokiej temperaturze, a w drugiej - o temperaturze niskiej, co sprawiłoby kłopot wyznawcom II zasady termodynamiki.

Podczas prac w Londynie i Glenlair Maxwell rozwijał swoje umiejętności fizyka eksperymentatora, badając lepkość gazów i wyznaczając stosunek jednostek elektromagnetycznych do elektrostatycznych (potwierdził wynik Wilhelma Webera, że równy jest on prędkości światła). Profesura im. Cavendisha, poza obowiązkami dydaktycznymi i organizacyjnymi, obejmowała także wydanie pism Henry'ego Cavendisha (1731-1810), który zmierzył wartość stałej grawitacji. I z tego obowiązku Maxwell zdążył się wywiązać, przekopując się przez rękopisy Cavendisha, studiując literaturę fizyczną jego czasów i przeprowadzając wiele z opisanych przez niego doświadczeń. Tom The Electrical Researches of the Honourable Henry Cavendish ukazał się w 1879 r.
Jarosław Włodarczyk
Polecamy szkic biograficzny o Jamesie Clerku Maxwellu pióra krakowskiego fizyka przełomu XIX/XX wieku, Władysława Natansona.

O dalszych losach równań Maxwella w fizyce można przeczytać w rozdziale Hertz na ratunek "Boskiej Cząstki".



[  góra strony  ]

Wiw.pl  |  Na bieżąco  |  Informacje  |  Co nowego  |  Matematyka i przyroda  |  Astronomia  |  Biologia  |  Fizyka  |  Matematyka  |  Modelowanie rzeczywistości  |  Humanistyka  |  Filozofia  |  Historia  |  Kultura antyczna  |  Literatura  |  Sztuka  |  Czytaj  |  Biblioteka  |  Delta  |  Wielcy i więksi  |  Przydatne  |  Słowniki  |  Co i gdzie studiować  |  Wszechświat w obrazkach