Максвелл (Maxwell) Джеймс Клерк (Clerk) (1831-79), англійський фізик, творець класичної електродинаміки, один з основоположників статистичної фізики, організатор і перший директор (з 1871) Кавендішської лабораторії. Розвиваючи ідеї М. Фарадея, створив теорію електромагнітного поля (рівняння Максвелла); ввів поняття про струм зміщення, передбачив існування електромагнітних хвиль, висунув ідею електромагнітної природи світла. Встановив статистичний розподіл, назване його ім'ям. Досліджував в'язкість, дифузію і теплопровідність газів. Показав, що кільця Сатурна складаються з окремих тіл. Праці по кольоровому зору і колориметрії (диск Максвелла), оптиці (ефект Максвела), теорії пружності (теорема Максвелла, діаграма Максвелла - Кремони), термодинаміки, історії фізики і ін.
Родина. роки навчання
Максвелл був єдиним сином шотландського дворянина і адвоката Джона Клерка, який, отримавши в спадок маєток дружини родича, уродженої Максвелл, додав це ім'я до свого прізвища. Після народження сина сім'я переїхала в Південну Шотландію, в власний маєток Гленлер ( "Притулок в долині"), де і пройшло дитинство хлопчика. У 1841 батько відправив Джеймса в школу, яка називалася "Единбурзька академія". Тут в 15 років Максвелл написав свою першу наукову статтю "Про кресленні овалів". У 1847 він вступив до Единбурзького університету, де провчився три роки, і в 1850 перейшов до Кембріджського університету, який закінчив у 1854. До цього часу Максвелл був першокласним математиком з чудово розвиненою інтуїцією фізика.
Створення Кавендішської лабораторії. викладацька робота
Після закінчення університету Максвелл був залишений в Кембриджі для педагогічної роботи. У 1856 він отримав місце професора Марішал-коледжу в Абердинском університеті (Шотландія). У 1860 обраний членом Лондонського королівського товариства. У тому ж році переїхав до Лондона, прийнявши пропозицію зайняти пост керівника кафедри фізики в Кінг-коледжі Лондонського університету, де працював до 1865.
Повернувшись в 1871 до Кембриджського університету, Максвелл організував і очолив першу в Великобританії спеціально обладнану лабораторію для фізичних експериментів, відому як Кавендішськая лабораторія (по імені англійського вченого Г. Кавендіша). Становленню цієї лабораторії, яка на рубежі 19-20 вв. перетворилася в один з найбільших центрів світової науки, Максвелл присвятив останні роки свого життя.
Фактів із життя Максвелла відомо небагато. Сором'язливий, скромний, він прагнув жити самотньо; щоденників не вів. У 1858 Максвелл одружився, але сімейне життя, мабуть, склалася невдало, загострила його нелюдимость, віддалила від колишніх друзів. Існує припущення, що багато важливих матеріали про життя Максвелла загинули під час пожежі 1929 року в його гленлерском будинку, через 50 років після його смерті. Він помер від раку у віці 48 років.
Надзвичайно широка сфера наукових інтересів Максвелла охоплювала теорію електромагнітних явищ, кінетичну теорію газів, оптику, теорію пружності і багато іншого. Одними з перших його робіт були дослідження з фізіології і фізики кольорового зору і колориметрії, розпочаті в 1852. У 1861 Максвелл вперше отримав кольорове зображення, спроектувавши на екран одночасно червоний, зелений і синій діапозитиви. Цим була доведена справедливість трикомпонентної теорії зору і намічені шляхи створення кольорової фотографії. У роботах 1857-59 Максвелл теоретично досліджував стійкість кілець Сатурна і показав, що кільця Сатурна можуть бути стійкі лише в тому випадку, якщо складаються з не зв'язаних між собою частинок (тіл).
Створення теорії електромагнітного поля
Коли Максвелл в 1855 почав дослідження електричних і магнітних явищ, багато хто з них вже були добре вивчені: зокрема, встановлені закони взаємодії нерухомих електричних зарядів (закон Кулона) і струмів (закон Ампера); доведено, що магнітні взаємодії є взаємодії рухомих електричних зарядів. Більшість вчених того часу вважало, що взаємодія передається миттєво, безпосередньо через порожнечу (теорія дальнодействия).
Рішучий поворот до теорії близкодействия був зроблений М. Фарадеєм в 30-і рр. 19 в. Згідно з ідеями Фарадея, електричний заряд створює в навколишньому просторі електричне поле. Поле одного заряду діє на інший, і навпаки. Взаємодія струмів здійснюється за допомогою магнітного поля. Розподіл електричних і магнітних полів в просторі Фарадей описував за допомогою силових ліній, які за його поданням нагадують звичайні пружні лінії в гіпотетичному середовищі - світовому ефірі.
Максвелл повністю сприйняв ідеї Фарадея про існування електромагнітного поля, тобто про реальність процесів в просторі біля зарядів і струмів. Він вважав, що тіло не може діяти там, де його немає.
Перше, що зробив Максвелл - додав ідеям Фарадея строгу математичну форму, таку необхідну в фізиці. З'ясувалося, що з введенням поняття поля закони Кулона і Ампера стали виражатися найбільш повно, глибоко і витончено. У явищі електромагнітної індукції Максвелл угледів нову властивість полів: змінне магнітне поле породжує в порожньому просторі електричне поле з замкнутими силовими лініями (так зване вихрове електричне поле).
Наступний, і останній, крок у відкритті основних властивостей електромагнітного поля був зроблений Максвеллом без будь-якої опори на експеримент. Їм була висловлена геніальний здогад про те, що змінне електричне поле породжує магнітне поле, як і звичайний електричний струм (гіпотеза про струмі зсуву). На 1869 всі основні закономірності поведінки електромагнітного поля були встановлені і сформульовані у вигляді системи чотирьох рівнянь, які отримали назву Максвелла рівнянь.
З рівнянь Максвелла слідував фундаментальний висновок: кінцівку швидкості поширення електромагнітних взаємодій. Це головне, що відрізняє теорію близкодействия від теорії дальнодействия. Швидкість виявилася рівною швидкості світла у вакуумі: 300000 км / с. Звідси Максвелл зробив висновок, що світло є форма електромагнітних хвиль.
Роботи по молекулярно-кінетичної теорії газів
Надзвичайно велика роль Максвелла в розробці і становленні молекулярно-кінетичної теорії (сучасна назва - статистична механіка). Максвелл першим висловив твердження про статистичному характері законів природи. У 1866 їм відкритий перший статистичний закон - закон розподілу молекул за швидкостями (Максвелла розподіл). Крім того, він розрахував значення в'язкості газів в залежності від швидкостей і довжини вільного пробігу молекул, вивів ряд співвідношень термодинаміки.
Оцінка робіт Максвелла
Роботи вченого не були гідно оцінені його сучасниками. Ідеї про існування електромагнітного поля здавалися довільними і неплодотворними. Тільки після того, як Г. Герц в 1886-89 експериментально довів існування електромагнітних хвиль, передбачених Максвеллом, його теорія отримала загальне визнання. Сталося це через десять років після смерті Максвелла.
Після експериментального підтвердження реальності електромагнітного поля було зроблено фундаментальне наукове відкриття: існують різні види матерії, і кожному з них притаманні свої закони, що не зводяться до законів механіки Ньютона. Втім, сам Максвелл навряд чи чітко усвідомлював і перший час намагався будувати механічні моделі електромагнітних явищ.
Про роль Максвелла в розвиток науки чудово сказав американський фізик Р. Фейнман: "В історії людства (якщо подивитися на неї, скажімо, через десять тисяч років) найзначнішою подією 19 століття, безсумнівно, буде відкриття Максвеллом законів електродинаміки. На тлі цього важливого наукового відкриття громадянська війна в Америці в тому ж десятилітті буде виглядати провінційним подією ".
Максвелл похований не в усипальниці великих людей Англії - Вестмінстерському абатстві, - а в скромній могилі поряд з його коханою церквою в шотландської селі, недалеко від родового маєтку.