Джеймс К. Максвелл

Серьёзный интерес Джеймса Клерка Максвелла к проблемам электричества проявился в 1854 году — в Кембридже он обратился к своему профессору Уильяму Томсону (будущий лорд Кельвин) за консультацией.

Тогда большинство учёных (в том числе Ампер) рассматривали электромагнитные силы как аналог гравитационного притяжения между двумя массами. А другие (Фарадей) считали, что силовые линии соединяют положительный и отрицательный электрические заряды или северный и южный полюсы магнита и формируют поле, обуславливая электрические и магнитные взаимодействия.

Максвелл построил математическую теорию, которая включала и амперовские, и фарадеевские представления, и использовал метод Томсона, который ещё в 1842 году подметил аналогию между электрическим взаимодействием и процессами теплопередачи в твёрдом теле. Это позволило дать первое математическое обоснование процессам передачи электрического действия посредством среды.

В результате Максвелл заложил основы современной классической электродинамики, ввёл понятия тока смещения и электромагнитного поля, предсказал сущестовование электромагнитных волн, электромагнитную природа и давление света.

Родился Джеймс Клерк Максвелл в Эдинбурге, в 1831 году, он отпрыск старинного шотландского рода, отец его, адвокат, питал любовь к наукам, регулярно посещал заседания Эдинбургского королевского общества. В десятилетнем возрасте Джеймса отправили в Эдинбургскую академию, делавшую упор на классическое образование — изучение латинского, греческого и английского языков, римской литературы и священного писания. Не сразу, но почувствовал к учёбе вкус и стал лучшим учеником класса, увлёкся геометрией и даже на основе работ Рене Декарта изобрёл способ использования булавок-фокусов, нитей и карандаша для построения окружностей и овалов.

В 1850 году поступил в Кембриджский университет, где одним из его учителей как раз и стал лорд Кельвин. Там был избран в «клуб апостолов», объединявший двенадцать человек с самыми оригинальными и глубокими идеями, и выступавшими с докладами на самые различные темы. 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.

Как это было принято в те времена энциклопедических, но пока ещё не очень объёмных знаний (зато много было возможностей открывать новое) — увлекался всем: гидростатикой и оптикой, кинетической теорией газов, установил распределение молекул газа по скоростям и правило для фазового перехода жидкость — газ. Пионер количественной теории цветов и фотоупругости материалов — он автор принципа цветной фотографии. Исследовал устойчивость колец Сатурна.

Максвелл так ранжировал науки: В каждой области знания прогресс пропорционален количеству фактов, на которых оно построено, и, таким образом, связан с возможностью получения объективных данных. В математике это просто. Химия — далеко впереди всех наук Естественной Истории; все они — впереди Медицины, Медицина впереди Метафизики, Законоведения и Этики; и все они впереди Теологии. Я считаю, что более приземлённые и материальные науки отнюдь не могут быть презираемы в сравнении с возвышенным изучением Ума и Духа.

Он установил распределение молекул газа по скоростям — и стал одним из основателей кинетической теории газов, статистического обоснования Второго начала термодинамики.

И при этом совершенно здравом отношении к жизни, науке и религий (которым уделял внимание всерьёз), Джеймс Клерк Максвелл, в 1867 году придумал Демона Максвелла — воображаемое разумное существо микроскопического размера, которое (или который?) сидит на непроницаемой перегородке между двумя половинами сосуда и позволят пролетать быстрым (горячим) молекулам газа только в одну сторону, а медленным (холодным) только в другую. Тогда через какое-то время демон нагреет одну часть сосуда и охладит вторую — что противоречит второму началу термодинамики). Но тут сам Максвелл поправляет: демона-то надо рассматривать как составную часть системы, который (которое) тоже потребляет энергию.

А ещё до этого он (Максвелл) провёл экспериментальное исследование по котоверчению: его целью было определение минимальной высоты, падая с которой, кошка встаёт на лапы.

Конечно, самым большим научным достижением Джеймса Максвелла является созданная им в 1860–1865 годах теория электромагнитного поля, которую он сформулировал в виде системы нескольких дифференциальных уравнений, выражающих все основные закономерности электромагнитных явлений. В своей теории электромагнитного поля он использовал новое понятие — ток смещения, дал определение электромагнитного поля и предсказал новый важный эффект: существование в свободном пространстве электромагнитного излучения (волн) и его распространение в пространстве со скоростью света. Он первым высказал, что свет — один из видов электромагнитного излучения, и что есть связь между оптическими и электромагнитными явлениями.

Это очень долго — рассказывать подробно об уравнениях Максвелла — в которых не только математически обобщены эмпирические представления об электрической науке XIX века, но и предопределены, в чём-то, квантовая теория и теория относительности.

Но давайте, вспомним эти основы в словесном выражении.

Электрический заряд является источником электрической индукции.

Не существует магнитных зарядов.

Изменение магнитной индукции порождает вихревое электрическое поле.

Электрический ток и изменение электрической индукции порождают вихревое магнитное поле.

У Максвелла, в форме дифференциальных уравнений, это имеет значение закона.

А ведь он сделал ещё одно важное дело — разыскал и опубликовал исследования талантливого, но странноватого физика-отшельника Генри Кавендиша — это достойно настоящего учёного, правда?

А основной закон своей жизни он сформулировал так: 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 — не оставлять ничего неизученным. Ничто не должно быть «святой землёй», священной Незыблемой Правдой, позитивной или негативной.