James Clerk Maxwell -James Clerk Maxwell

James Clerk Maxwell

James Clerk Maxwell.png
Doğmak ( 1831-06-13 )13 Haziran 1831
Edinburg , İskoçya
Ölü 5 Kasım 1879 (1879-11-05)(48 yaşında)
Cambridge , İngiltere
Dinlenme yeri Parton, Kirkcudbrightshire 55.006693°K 4.039210°B
55°00′24″K 4°02′21″G /  / 55.006693; -4.039210
gidilen okul
Bilinen
( m.   1858 )
Ödüller
Bilimsel kariyer
Alanlar Fizik ve matematik
kurumlar
Akademik danışmanlar William Hopkins
Önemli öğrenciler
etkiler Sir Isaac Newton , Michael Faraday , Thomas Young
Etkilenen Hemen hemen tüm sonraki fizik
İmza
James Clerk Maxwell sig.svg

James Clerk Maxwell FRSE FRS (13 Haziran 1831 - 5 Kasım 1879), elektrik, manyetizma ve ışığı aynı fenomenin farklı tezahürleri olarak tanımlayan ilk teori olan klasik elektromanyetik radyasyon teorisinden sorumlu bir İskoç matematikçi ve bilim adamıydı . Maxwell'in elektromanyetizma denklemleri , ilkinin Isaac Newton tarafından gerçekleştirildiği " fizikte ikinci büyük birleşme " olarak adlandırılmıştır .

1865'te " Elektromanyetik Alanın Dinamik Teorisi "nin yayınlanmasıyla Maxwell, elektrik ve manyetik alanların uzayda ışık hızında hareket eden dalgalar olarak hareket ettiğini gösterdi . Işığın, elektrik ve manyetik olayların nedeni olan aynı ortamdaki bir dalgalanma olduğunu öne sürdü. Işık ve elektrik olaylarının birleşimi, onun radyo dalgalarının varlığına dair öngörüsüne yol açtı . Maxwell aynı zamanda modern elektrik mühendisliği alanının kurucusu olarak kabul edilir .

Gazların kinetik teorisinin özelliklerini tanımlamanın istatistiksel bir yolu olan Maxwell-Boltzmann dağılımının geliştirilmesine yardımcı oldu . Ayrıca 1861'de ilk dayanıklı renkli fotoğrafı sunması ve birçok köprüde olduğu gibi çubuk ve eklem çerçevelerinin ( kafesler ) sertliğini analiz etme konusundaki temel çalışmasıyla tanınır.

Buluşları, modern fizik çağının başlamasına yardımcı oldu ve özel görelilik ve kuantum mekaniği gibi alanların temellerini attı . Birçok fizikçi, Maxwell'i 20. yüzyıl fiziği üzerinde en büyük etkiye sahip 19. yüzyıl bilim adamı olarak görür. Bilime yaptığı katkılar birçok kişi tarafından Isaac Newton ve Albert Einstein'ın katkılarıyla aynı büyüklükte kabul edilir . Milenyum anketinde (en önde gelen 100 fizikçinin katıldığı bir anket) Maxwell, yalnızca Newton ve Einstein'ın ardından tüm zamanların en büyük üçüncü fizikçisi seçildi. Maxwell'in doğum gününün yüzüncü yılında Einstein, Maxwell'in çalışmasını "Newton'dan bu yana fiziğin yaşadığı en derin ve en verimli çalışma" olarak nitelendirdi. Einstein, 1922'de Cambridge Üniversitesi'ni ziyaret ettiğinde, ev sahibi tarafından Newton'un omuzlarında durduğu için büyük işler başardığını söyledi; Einstein yanıtladı: "Hayır istemiyorum. Maxwell'in omuzlarında duruyorum."

Hayat

Erken yaşam, 1831–1839

Clerk Maxwell'in Edinburgh'daki 14 India Street'teki doğum yeri şimdi James Clerk Maxwell Vakfı'nın evi.

James Clerk Maxwell 13 Haziran 1831'de 14 India Street, Edinburgh'da Middlebie'den John Clerk Maxwell , bir avukat ve Robert Hodshon Cay'in kızı ve John Cay'in kız kardeşi Frances Cay'de doğdu . (Doğduğu yer şimdi James Clerk Maxwell Vakfı tarafından işletilen bir müzeye ev sahipliği yapıyor .) Babası, Penicuik'in Kâtip ailesinin rahat varlıkları olan , Penicuik Kâtibi baronetliğine sahip bir adamdı . Babasının erkek kardeşi 6. baronetti . "John Clerk" olarak doğmuş, Dumfriesshire'daki bir Maxwell mülkü olan Middlebie mülkünü miras aldıktan sonra (1793'te bir bebekken) "Maxwell"i kendi başına eklemişti. James, hem sanatçı Jemima Blackburn'un (babasının kız kardeşinin kızı) hem de inşaat mühendisi William Dyce Cay'in (annesinin erkek kardeşinin oğlu ) ilk kuzeniydi . Cay ve Maxwell yakın arkadaşlardı ve Cay, Maxwell evlendiğinde sağdıcı gibi davrandı.

Maxwell'in ebeveynleri otuzlu yaşlarına geldiklerinde tanışıp evlendiler; o doğduğunda annesi yaklaşık 40 yaşındaydı. Bebeklik döneminde ölen Elizabeth adında bir kızı vardı.

Maxwell gençken ailesi, ailesinin 1.500 dönümlük (610 ha) arazi üzerine inşa ettiği Kirkcudbrightshire'daki Glenlair'e taşındı. Tüm göstergeler, Maxwell'in erken yaşlardan itibaren karşı konulamaz bir merakı sürdürdüğünü gösteriyor. Üç yaşına gelindiğinde, hareket eden, parlayan veya ses çıkaran her şey şu soruyu gündeme getiriyordu: "Bunda ne var?" Babasının baldızı Jane Cay'e 1834'te yazdığı bir mektuba eklenen bir pasajda annesi, doğuştan gelen bu merak duygusunu şöyle anlatıyor:

O çok mutlu bir adam ve hava ılımanlaştığından beri çok iyileşti; kapılar, kilitler, anahtarlar vb. ile harika bir işi var ve ağzından "nasıl olduğunu göster bana" hiç çıkmıyor. Ayrıca derelerin ve çan tellerinin gizli rotasını, suyun havuzdan duvardan nasıl geçtiğini araştırır....

Eğitim, 1839–1847

Çocuğun potansiyelini fark eden Maxwell'in annesi Frances, Viktorya döneminde büyük ölçüde evin kadınının işi olan erken eğitiminin sorumluluğunu üstlendi. Sekiz yaşında John Milton'ın uzun pasajlarını ve 119. mezmurun tamamını (176 ayet) okuyabiliyordu. Gerçekten de, kutsal kitap bilgisi zaten ayrıntılıydı; mezmurlardan hemen hemen her alıntı için bölüm ve ayet verebilirdi. Annesi karın kanserine yakalandı ve başarısız bir ameliyattan sonra, o sekiz yaşındayken Aralık 1839'da öldü. Eğitimi daha sonra babası ve babasının baldızı Jane tarafından denetlendi, ikisi de hayatında önemli roller oynadı. Resmi eğitimi, 16 yaşında bir öğretmenin rehberliğinde başarısız bir şekilde başladı. Maxwell'i eğitmek için tutulan genç adam hakkında çok az şey biliniyor, ancak küçük çocuğa sert davrandı, yavaş ve dik başlı olduğu için onu azarladı. Eğitmen Kasım 1841'de görevden alındı. James'in babası, onu Robert Davidson'ın 12 Şubat 1842'de yaptığı elektrikli tahrik ve manyetik kuvvet gösterisine götürdü; bu, çocuk için derin etkileri olan bir deneyimdi.

Maxwell'in eğitim gördüğü Edinburgh Akademisi

Maxwell prestijli Edinburgh Akademisine gönderildi . Dönem zamanlarında halası Isabella'nın evinde kaldı. Bu süre zarfında çizim tutkusu büyük kuzeni Jemima tarafından teşvik edildi. Babasının kırsalındaki malikanesinde tecrit altında büyüyen 10 yaşındaki Maxwell, okulda pek uyum sağlayamıyordu. İlk yıl doluydu ve onu ikinci yıla kendisinden bir yaş büyük sınıf arkadaşlarıyla katılmak zorunda bıraktı. Onun tavırları ve Galloway aksanı diğer çocuklara rustik geldi. Okulun ilk günü bir çift ev yapımı ayakkabı ve bir tunik giyerek geldiğinde, kaba olmayan " Daftie " lakabını kazandı. Bu sıfata hiç gücenmiş gibi görünmüyordu, yıllarca şikayet etmeden taşıdı. Akademideki sosyal izolasyon, daha sonra yaşamlarında önemli bilim adamları olacak olan benzer yaştaki iki çocuk olan Lewis Campbell ve Peter Guthrie Tait ile tanıştığında sona erdi . Ömür boyu arkadaş kaldılar.

Maxwell, herhangi bir resmi talimat almadan önce düzenli çokyüzlüleri yeniden keşfederek, erken yaşta geometriye hayran kaldı. İkinci yılında okulun kutsal biyografi ödülünü kazanmasına rağmen, akademik çalışması 13 yaşında okulun matematik madalyasını ve hem İngilizce hem de şiir için birincilik ödülünü kazanana kadar farkedilmeden kaldı.

Maxwell'in ilgi alanları okul müfredatının çok ötesindeydi ve sınav performansına özel bir ilgi göstermedi. İlk bilimsel makalesini 14 yaşında yazdı. İçinde bir parça sicim ile matematiksel eğriler çizmenin mekanik bir yolunu ve elipslerin , Kartezyen ovallerin ve ikiden fazla odak içeren ilgili eğrilerin özelliklerini anlattı . 1846 tarihli, "Oval eğrilerin ve çok sayıda odak noktası olanların tarifi" adlı çalışma, Edinburgh Üniversitesi'nde doğa felsefesi profesörü olan James Forbes tarafından Royal Society of Edinburgh'a sunuldu , çünkü Maxwell çok genç kabul edildi. eseri kendisi sunmaktır. René Descartes 17. yüzyılda bu tür çok odaklı elipslerin özelliklerini de incelediği için çalışma tamamen orijinal değildi , ancak Maxwell bunların yapımını basitleştirmişti.

Edinburgh Üniversitesi, 1847-1850

Eski Kolej, Edinburgh Üniversitesi

Maxwell 1847'de 16 yaşında Akademiden ayrıldı ve Edinburgh Üniversitesi'nde derslere katılmaya başladı . Cambridge Üniversitesi'ne katılma fırsatı buldu , ancak ilk döneminden sonra lisans eğitimini Edinburgh'da tamamlamaya karar verdi. Üniversitenin akademik kadrosunda saygın isimler vardı; İlk yıl öğretmenleri arasında mantık ve metafizik üzerine ders veren Sir William Hamilton , matematik üzerine Philip Kelland ve doğa felsefesi üzerine James Forbes vardı . Derslerini zorlayıcı bulmuyordu ve bu nedenle üniversitedeki boş zamanlarında ve özellikle de eve döndüğü Glenlair'deyken, kendini özel çalışmaya verebiliyordu. Orada doğaçlama kimyasal, elektrik ve manyetik aygıtlarla deneyler yapacaktı; bununla birlikte, başlıca endişeleri polarize ışığın özellikleriyle ilgiliydi . Şekilli jelatin blokları inşa etti, onları çeşitli streslere maruz bıraktı ve William Nicol tarafından kendisine verilen bir çift polarize edici prizma ile jölenin içinde gelişen renkli püskülleri inceledi. Bu uygulama sayesinde , fiziksel yapılar içindeki stres dağılımını belirlemenin bir yolu olan fotoelastisiteyi keşfetti .

Maxwell 18 yaşındayken Royal Society of Edinburgh'un İşlemleri için iki makaleye katkıda bulundu . Bunlardan biri, "Elastik Katıların Dengesi Üzerine", yaşamının sonraki dönemlerinde, viskoz sıvılarda kesme gerilimi ile üretilen geçici çift kırılma olan önemli bir keşfin temelini attı . Diğer makalesi "Yuvarlanan Eğriler"di ve tıpkı Edinburgh Akademisi'nde yazdığı "Oval Eğriler" makalesinde olduğu gibi, kürsüde durup kendini sunmak için çok genç olarak kabul edildi. Kağıt onun yerine hocası Kelland tarafından Kraliyet Cemiyeti'ne teslim edildi.

Cambridge Üniversitesi, 1850-1856

Cambridge, Trinity College'da renk çarklarından birini tutan genç bir Maxwell .

Ekim 1850'de, zaten başarılı bir matematikçi olan Maxwell , Cambridge Üniversitesi için İskoçya'dan ayrıldı . Başlangıçta Peterhouse'a katıldı , ancak ilk döneminin bitiminden önce, burs almanın daha kolay olacağına inandığı Trinity'ye transfer oldu . Trinity'de Cambridge Havarileri olarak bilinen seçkin gizli topluluğa seçildi . Maxwell'in Hıristiyan inancına ve bilime ilişkin entelektüel anlayışı, Cambridge yıllarında hızla gelişti. Entelektüel seçkinlerin özel bir tartışma topluluğu olan "Havariler"e katıldı ve burada makaleleri aracılığıyla bu anlayışı geliştirmeye çalıştı.

Şimdi, eskiden tasarladığım büyük planım, hiçbir şeyin isteyerek incelenmeden bırakılmasına izin vermek. Olumlu ya da olumsuz hiçbir şey Sabit İnanç'a adanan kutsal toprak olamaz. Tüm nadas arazileri sürülmeli ve düzenli bir rotasyon sistemi izlenmelidir. ... Ot olsun ya da olmasın, hiçbir şeyi saklamayın ya da saklanmasını istemiyor gibi görünün. ... Yine, herhangi bir adamın ayırdığı herhangi bir Kutsal Toprak arsası üzerinde İzinsiz Giriş Hakkını ileri sürüyorum. ... Artık, bir Hristiyan dışında hiç kimsenin topraklarını bu kutsal noktalardan temizleyemeyeceğine ikna oldum. ...Hiçbir Hıristiyanın bu tür yerleri çevrelemediğini söylemiyorum. Birçoğunun çok şeyi var ve her birinin biraz var. Ama Scoffer, the Pantheist, the Quietist, Formalist, Dogmatist, Sensualist ve diğerlerinin topraklarında açıkça ve ciddi bir şekilde Tabu olarak kabul edilen kapsamlı ve önemli broşürler var. ..."

Hıristiyanlık -yani İncil'in dini- böyle bir görev süresinde herhangi bir mülkiyeti reddeden tek inanç şeması veya biçimidir. Burada tek başına her şey bedava. Dünyanın dört bir yanına uçabilir ve Kurtuluş Yazarından başka bir Tanrı bulamayabilirsiniz. Kutsal Yazıları araştırabilir ve keşiflerinizde sizi durduracak bir metin bulamayabilirsiniz. ...

Eski Ahit, Mozaik Yasası ve Yahudiliğin genellikle ortodoks tarafından "Tabu" olduğu varsayılır. Şüpheciler onları okumuş gibi yapar ve pek çok ortodoks okunmamışın kabul ettiği bazı esprili itirazlar bulmuşlar ve konuyu perili olarak kapatıyorlar. Ama tüm Hayaletleri ve Böcekleri kovmak için bir Mum geliyor. Işığı takip edelim.

Maxwell, üçüncü yılının yazında, sınıf arkadaşı GWH Tayler'ın amcası Rev CB Tayler'in Suffolk evinde biraz zaman geçirdi. Ailenin gösterdiği Tanrı sevgisi Maxwell'i etkiledi, özellikle de bakan ve karısı tarafından sağlık sorunu nedeniyle emzirildikten sonra.

Maxwell, Cambridge'e dönüşünde, son evsahibine şu ifadeyi içeren konuşkan ve sevecen bir mektup yazar:

... İnsanın bana verebileceği herhangi bir örnekten daha kötü olma kapasitem var ve ... kaçarsam, kısmen bilimde, daha tam olarak toplumda kendimden kurtulmama ancak Tanrı'nın lütfuyla yardım edebilirim. , —ama kendimi Tanrı'ya adadığım sürece tam olarak değil ...

Kasım 1851'de Maxwell , matematik dehasını yetiştirmedeki başarısı ona " kıdemli asistan yapımcısı" lakabını kazandıran William Hopkins'in yanında çalıştı .

1854'te Maxwell, Trinity'den matematik derecesi ile mezun oldu. Final sınavında en yüksek ikinci puanı alarak Edward Routh'un ardından geldi ve kendisine İkinci Wrangler unvanını kazandı. Daha sonra, Smith's Prize sınavının daha zorlu sınavında Routh ile eşit ilan edildi . Derecesini aldıktan hemen sonra, Maxwell Cambridge Felsefe Derneği'ne "Yüzeylerin Bükülerek Dönüşümü Üzerine" başlıklı makalesini okudu . Bu, onun bir matematikçi olarak büyüyen itibarını gösteren, yazdığı tamamen matematiksel birkaç makaleden biridir. Maxwell mezun olduktan sonra Trinity'de kalmaya karar verdi ve birkaç yıl sürmesini bekleyebileceği bir süreç olan bir burs başvurusunda bulundu. Bir araştırma öğrencisi olarak başarısıyla şamandıra, bazı ders verme ve inceleme görevlerinin dışında, boş zamanlarında bilimsel ilgi alanlarını sürdürmekte özgür olacaktı.

Rengin doğası ve algısı, Edinburgh Üniversitesi'nde Forbes öğrencisiyken başladığı ilgi alanlarından biriydi. Forbes tarafından icat edilen renkli topaçlarla Maxwell, beyaz ışığın kırmızı, yeşil ve mavi ışığın bir karışımından kaynaklanacağını gösterebildi. "Renk Deneyleri" adlı makalesi, renk kombinasyonunun ilkelerini ortaya koydu ve Mart 1855'te Royal Society of Edinburgh'a sunuldu. Maxwell bu sefer bunu kendisi sunabildi.

Maxwell, 10 Ekim 1855'te, normdan daha erken bir tarihte Trinity üyesi yapıldı ve hidrostatik ve optik üzerine dersler hazırlaması ve sınav kağıtları hazırlaması istendi. Takip eden Şubat ayında Forbes tarafından Aberdeen'deki Marischal College'da yeni boşalan Doğa Felsefesi Kürsüsüne başvurması için teşvik edildi . Babası gerekli referansları hazırlama görevinde ona yardım etti, ancak ikisi de Maxwell'in adaylığının sonucunu bilmeden 2 Nisan'da Glenlair'de öldü. Aberdeen'de profesörlüğü kabul etti ve Kasım 1856'da Cambridge'den ayrıldı.

Marischal Koleji, Aberdeen, 1856-1860

Maxwell , Satürn Halkalarının çok sayıda küçük parçacıktan oluştuğunu kanıtladı .

25 yaşındaki Maxwell, Marischal'deki diğer profesörlerden 15 yaş daha gençti. Bir bölüm başkanı olarak yeni sorumluluklarını üstlendi, müfredatı tasarladı ve dersler hazırladı. Yerel işçi kolejine haftalık pro bono dersi de dahil olmak üzere haftada 15 saat ders vermeye kendini adadı . Akademik yılın altı ayı boyunca İskoç inşaat mühendisi olan kuzeni William Dyce Cay ile Aberdeen'de yaşadı ve yazları babasından miras kalan Glenlair'de geçirdi.

James Clerk Maxwell ve karısı Jemima Blackburn tarafından

Dikkatini 200 yıldır bilim adamlarının gözünden kaçan bir soruna odakladı: Satürn'ün halkalarının doğası . Ayrılmadan, sürüklenmeden veya Satürn'e çarpmadan nasıl sabit kalabilecekleri bilinmiyordu. Sorun, o zamanlar özel bir yankı uyandırdı çünkü Cambridge, St John's College, 1857 Adams Ödülü'nün konusu olarak onu seçmişti . Maxwell iki yılını problemi incelemeye adadı ve normal bir katı halkanın kararlı olamayacağını, sıvı bir halkanın ise dalga hareketiyle bloblara ayrılmaya zorlandığını kanıtladı. İkisi de gözlemlenmediğinden, halkaların, her biri bağımsız olarak Satürn'ün yörüngesinde dönen "tuğla yarasalar" olarak adlandırdığı çok sayıda küçük parçacıktan oluşması gerektiği sonucuna vardı. Maxwell, 1859'da "Satürn'ün halkalarının hareketinin kararlılığı üzerine" makalesi için 130 sterlinlik Adams Ödülü'ne layık görüldü; bir giriş göndermek için yeterli ilerleme kaydeden tek katılımcı oydu. Çalışmaları o kadar ayrıntılı ve inandırıcıydı ki George Biddell Airy onu okuduğunda, "Matematiğin fiziğe şimdiye kadar gördüğüm en dikkate değer uygulamalarından biri" yorumunu yaptı. 1980'lerin Voyager uçuşları tarafından yapılan doğrudan gözlemler , Maxwell'in halkaların parçacıklardan oluştuğu yönündeki tahminini doğrulayana kadar, konuyla ilgili son söz olarak kabul edildi. Ancak şimdi, halkaların parçacıklarının yerçekimi tarafından Satürn'e çekildiği için hiç kararlı olmadığı anlaşıldı. Halkaların önümüzdeki 300 milyon yıl içinde tamamen ortadan kaybolması bekleniyor.

1857'de Maxwell, o zamanlar Marischal'in Müdürü olan Peder Daniel Dewar ile arkadaş oldu. Onun aracılığıyla Maxwell, Dewar'ın kızı Katherine Mary Dewar ile tanıştı . Şubat 1858'de nişanlandılar ve 2 Haziran 1858'de Aberdeen'de evlendiler. Evlilik kayıtlarında, Maxwell, Aberdeen'deki Marischal College'da Doğa Felsefesi Profesörü olarak listeleniyor. Katherine, Maxwell'den yedi yaş büyüktü. Onun laboratuarında yardımcı olduğu ve viskozite deneyleri üzerinde çalıştığı bilinmesine rağmen, onun hakkında nispeten az şey biliniyor . Maxwell'in biyografisini yazan ve arkadaşı Lewis Campbell, Katherine konusunda alışılmadık bir suskunluk benimsedi, ancak evlilik hayatlarını "benzersiz bir bağlılık" olarak tanımladı.

1860 yılında Marischal College, komşu King's College ile birleşerek Aberdeen Üniversitesi'ni oluşturdu . İki Doğa Felsefesi profesörüne yer yoktu, bu yüzden Maxwell, bilimsel itibarına rağmen işten atıldı. Forbes'un Edinburgh'daki kısa süre önce boşalan sandalyesine başvurmada başarısız oldu, görev yerine Tait'e gitti . Bunun yerine Maxwell'e Londra'daki King's College'da Doğa Felsefesi Kürsüsü verildi . 1860'ta neredeyse ölümcül bir çiçek hastalığından kurtulduktan sonra karısıyla birlikte Londra'ya taşındı.

King's College, Londra, 1860–1865

King's College'da Maxwell denklemlerinin anılması. Üç özdeş IEEE Kilometre Taşı Plaketinden biri, diğerleri Maxwell'in Edinburgh'daki doğum yerinde ve aile evi Glenlair'de.

Maxwell'in King's'teki zamanı muhtemelen kariyerinin en üretken dönemiydi. Renk konusundaki çalışmaları nedeniyle 1860 yılında Kraliyet Cemiyeti'nin Rumford Madalyası ile ödüllendirildi ve daha sonra 1861'de Cemiyet'e seçildi. Hayatının bu döneminde, dünyanın ilk ışık hızında renkli fotoğrafını sergilediği ve viskozite hakkındaki fikirlerini daha da geliştirdiği görülüyordu. gazların analizi ve fiziksel niceliklerin tanımlanması için bir sistem önermek - şimdi boyutsal analiz olarak bilinir . Maxwell sık sık Kraliyet Enstitüsü'ndeki derslere katılırdı ve burada Michael Faraday ile düzenli olarak temasa geçerdi . İki adam arasındaki ilişki yakın olarak tanımlanamazdı çünkü Faraday, Maxwell'den 40 yaş büyüktü ve bunama belirtileri gösteriyordu . Yine de birbirlerinin yeteneklerine güçlü bir saygı duydular.

Mavi plaket, 16 Saray Bahçeleri Terası, Kensington, Maxwell'in evi, 1860–1865

Bu kez özellikle Maxwell'in elektrik ve manyetizma alanlarında kaydettiği ilerlemeler dikkate değer. 1861'de yayınlanan " Fiziksel kuvvet çizgileri üzerine " adlı iki parçalı makalesinde hem elektrik hem de manyetik alanların doğasını inceledi . İçinde manyetik akı dönen minik hücrelerden oluşan elektromanyetik indüksiyon için kavramsal bir model sağladı . 1862'nin başlarında aynı makaleye daha sonra iki bölüm daha eklendi ve yayınlandı. İlk ek bölümde elektrostatik ve yer değiştirme akımının doğasını tartıştı . İkinci ek bölümde, Faraday tarafından keşfedilen ve şimdi Faraday etkisi olarak bilinen bir fenomen olan bir manyetik alanda ışığın polarizasyon düzleminin dönüşü ile ilgilendi .

Daha sonraki yıllar, 1865–1879

James Clerk Maxwell, ailesi ve eşinin Parton Kirk'teki (Galloway) mezar taşı
James Clerk Maxwell'in bu anıt taşı, Parton'daki (Galloway) savaş anıtının yanında, kilisenin önündeki yeşil bir alanda duruyor.

1865'te Maxwell, Londra'daki King's College'daki sandalyeden istifa etti ve Katherine ile birlikte Glenlair'e döndü. "Regülatörler Üzerine" (1868) adlı makalesinde, regülatörlerin - buhar motorlarının hızını kontrol eden cihazların - davranışını matematiksel olarak tanımladı ve böylece kontrol mühendisliğinin teorik temelini oluşturdu. "Karşılıklı şekiller, çerçeveler ve kuvvet diyagramları üzerine" (1870) adlı makalesinde, çeşitli kafes tasarımlarının sertliğini tartıştı. Isı Teorisi (1871) ders kitabını ve Madde ve Hareket (1876) incelemesini yazdı. Maxwell, 1871'de boyutsal analizi açıkça kullanan ilk kişiydi.

1871'de Cambridge'e döndü ve ilk Cavendish Fizik Profesörü oldu . Maxwell, Cavendish Laboratuvarı'nın geliştirilmesinden sorumlu tutuldu , binanın ilerleyişindeki her adımı ve aparat koleksiyonunun satın alınmasını denetledi. Maxwell'in bilime yaptığı son büyük katkılardan biri, Henry Cavendish'in araştırmasının (bol orijinal notlarla) düzenlenmesiydi; bu araştırmadan Cavendish'in , diğer şeylerin yanı sıra, Dünya'nın yoğunluğu ve suyun bileşimi gibi soruları araştırdığı ortaya çıktı. 1876'da Amerikan Felsefe Derneği'ne üye seçildi .

Nisan 1879'da Maxwell, ölümcül hastalığının ilk belirtisi olan yutma güçlüğü çekmeye başladı.

Maxwell, Cambridge'de 5 Kasım 1879'da 48 yaşında karın kanserinden öldü. Annesi aynı yaşta aynı kanser türünden öldü. Son haftalarında onu düzenli olarak ziyaret eden bakan, onun berraklığına ve hafızasının muazzam gücüne ve kapsamına hayret etti, ama daha özel olarak şu yorumu yaptı:

... hastalığı, insanın tüm kalbini, ruhunu ve ruhunu ortaya çıkardı: Enkarnasyona ve tüm sonuçlarına olan sağlam ve şüphesiz inancı; Kefaret'in tam yeterliliğinde; Kutsal Ruh'un işinde. Felsefenin tüm planlarını ve sistemlerini ölçmüş ve anlamış ve onları tamamen boş ve yetersiz bulmuştu -onlar hakkında kendi sözü "işe yaramaz" idi- ve basit bir inançla Kurtarıcı'nın İncili'ne döndü.

Maxwell, ölüm yaklaşırken bir Cambridge meslektaşına şunları söyledi:

Her zaman ne kadar nazik davranıldığımı düşünüyordum. Hayatım boyunca hiç şiddetli bir itme yaşamadım. Sahip olabileceğim tek arzu, Davut gibi Tanrı'nın isteğiyle kendi neslime hizmet etmek ve sonra uykuya dalmak.

Maxwell, büyüdüğü yere yakın Galloway'deki Castle Douglas yakınlarındaki Parton Kirk'e gömüldü . Eski okul arkadaşı ve ömür boyu arkadaşı Profesör Lewis Campbell tarafından yazılan James Clerk Maxwell'in genişletilmiş biyografisi 1882'de yayınlandı. Toplanan eserleri 1890'da Cambridge University Press tarafından iki cilt olarak yayınlandı.

Maxwell'in mülkünün yöneticileri, doktoru George Edward Paget , GG Stokes ve Maxwell'in kuzeni Colin Mackenzie idi. İşle aşırı yüklenen Stokes, Maxwell'in belgelerini , 1884 yılına kadar gazetelerin etkin gözetimini elinde bulunduran William Garnett'e verdi.

Westminster Abbey'deki koro ekranının yanında onun için bir anıt yazıt var .

James Clerk Maxwell, Jemima Blackburn

Kişisel hayat

İskoç şiirinin büyük bir aşığı olan Maxwell, şiirleri ezberledi ve kendi şiirini yazdı. En iyi bilineni, Robert Burns'ün kendisine gitarla eşlik ederken söylediği " Comin' Through the Rye " adlı şarkıya yakından dayanan Rigid Body Sings'dir . Açılış hatları var

Cin bir vücutla tanışın

Havada uçmak.
Cin bir vücut bir vücuda çarptı,

uçacak mı? Ve nerede?

Şiirlerinden oluşan bir koleksiyon, 1882'de arkadaşı Lewis Campbell tarafından yayınlandı.

Maxwell'in betimlemeleri, onun dikkate değer entelektüel niteliklerinin toplumsal beceriksizlikle eşleştiğine dikkat çeker.

Maxwell evanjelik bir Presbiteryendi ve sonraki yıllarda İskoçya Kilisesi'nin Yaşlısı oldu . Maxwell'in dini inançları ve ilgili faaliyetleri bir dizi makalenin odak noktası olmuştur. Çocukken hem İskoçya Kilisesi (babasının mezhebi) hem de Episcopalian (annesinin mezhebi) hizmetlerine katılan Maxwell, Nisan 1853'te evanjelik bir dönüşüm geçirdi. Bu dönüşümün bir yönü onu antipozitivist bir konumla hizalamış olabilir .

Bilimsel miras

elektromanyetizma

Maxwell, 1855'te "Faraday'ın Kuvvet Hatları Üzerine" adlı makalesi Cambridge Felsefe Derneği'ne okunduğunda elektrik ve manyetizma üzerine çalışmış ve yorum yapmıştı . Makale, Faraday'ın çalışmalarının basitleştirilmiş bir modelini ve elektrik ile manyetizmanın nasıl ilişkili olduğunu sundu. Mevcut tüm bilgileri , 20 değişkenli 20 denklemden oluşan bağlantılı bir diferansiyel denklemler grubuna indirdi . Bu eser daha sonra Mart 1861'de " Gücün Fiziksel Hatları Üzerine " adıyla yayımlandı.

1862 civarında, King's College'da ders verirken, Maxwell bir elektromanyetik alanın yayılma hızının yaklaşık olarak ışık hızı kadar olduğunu hesapladı . Bunun bir tesadüften daha fazlası olduğunu düşündü ve şöyle dedi: "Işığın, elektrik ve manyetik olayların nedeni olan aynı ortamın enine dalgalanmalarından oluştuğu sonucuna varmaktan pek kaçınamayız.

Problem üzerinde daha fazla çalışan Maxwell, denklemlerin , boş uzayda basit elektrik deneylerinden tahmin edilebilecek bir hızda hareket eden salınımlı elektrik ve manyetik alan dalgalarının varlığını öngördüğünü gösterdi; Maxwell, o sırada mevcut olan verileri kullanarak saniyede 310.740.000 metre (1.0195 × 109 ft/s) bir hız elde etti  . Maxwell , 1865 tarihli " A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field " adlı makalesinde, "Sonuçların uyuşması, ışık ve manyetizmanın aynı maddenin etkileri olduğunu ve ışığın alan boyunca yayılan elektromanyetik bir rahatsızlık olduğunu gösteriyor gibi görünüyor. elektromanyetik yasalar".

Onun ünlü yirmi denklemi, modern kısmi diferansiyel denklemler biçiminde, ilk olarak 1873'te A Treatise on Electricity and Manyetism adlı ders kitabında tam olarak gelişmiş bir biçimde ortaya çıktı . Bu çalışmanın çoğu, Maxwell tarafından Glenlair'de, Londra'da görev yaptığı süre boyunca yapıldı. ve onun Cavendish sandalyesini alması. Oliver Heaviside , Maxwell'in teorisinin karmaşıklığını, şimdi toplu olarak Maxwell Kanunları veya Maxwell denklemleri olarak bilinen dört kısmi diferansiyel denkleme indirdi . On dokuzuncu yüzyılda potansiyeller çok daha az popüler hale gelse de, skaler ve vektör potansiyellerin kullanımı artık Maxwell denklemlerinin çözümünde standart hale geldi.

Barrett ve Grimes'ın (1995) tanımladığı gibi:

Maxwell elektromanyetizmayı kuaterniyonlar cebirinde ifade etti ve elektromanyetik potansiyeli teorisinin merkezinde yaptı. 1881'de Heaviside, elektromanyetik teorinin merkezi olarak elektromanyetik potansiyel alanını kuvvet alanlarıyla değiştirdi. Heaviside'a göre, elektromanyetik potansiyel alan keyfiydi ve "suikast edilmesi" gerekiyordu. ( sic ) Birkaç yıl sonra Heaviside ve [Peter Guthrie] Tate ( sic ) arasında vektör analizi ve kuaterniyonların göreceli değerleri hakkında bir tartışma vardı . Sonuç, teori tamamen yerel olsaydı ve vektör analizi yaygın hale geldiyse, kuaterniyonların sağladığı daha büyük fiziksel kavrayışlara gerek olmadığı gerçeğiydi.

Maxwell'in haklı olduğu kanıtlandı ve ışık ile elektromanyetizma arasındaki nicel bağlantısı, 19. yüzyıl matematiksel fiziğinin en büyük başarılarından biri olarak kabul edildi .

Maxwell , Faraday'ın tanımladığı kuvvet çizgilerine kıyasla elektromanyetik alan kavramını da tanıttı . Maxwell, elektromanyetizmanın aktif parçacıklar tarafından yayılan bir alan olarak yayılmasını anlayarak, ışık üzerindeki çalışmalarını ilerletebilirdi. O zaman, Maxwell ışığın yayılmasının, ışık saçan eter olarak adlandırılan dalgalar için bir ortam gerektirdiğine inanıyordu . Zamanla, tüm uzaya nüfuz eden ve görünüşe göre mekanik yollarla tespit edilemeyen böyle bir ortamın varlığının, Michelson-Morley deneyi gibi deneylerle uzlaştırılmasının imkansız olduğu kanıtlandı . Üstelik, denklemlerin hareket eden bir gözlemci için biçim değiştirdiği tatsız bir sonuçla, denklemlerin geçerli olduğu mutlak bir referans çerçevesi gerektiriyor gibiydi . Bu zorluklar Albert Einstein'a özel görelilik teorisini formüle etmesi için ilham verdi ; süreçte Einstein, sabit bir ışık saçan eter gereksiniminden vazgeçti .

Renk görüşü

Maxwell tarafından 1861'de verilen bir derste gösterilen ilk dayanıklı renkli fotoğraf görüntüsü

Zamanın çoğu fizikçisinin yanı sıra, Maxwell psikolojiye güçlü bir ilgi duyuyordu. Isaac Newton ve Thomas Young'ın adımlarını takip ederek özellikle renk görme çalışmalarıyla ilgilendi . 1855'ten 1872'ye kadar, Maxwell renk algısı, renk körlüğü ve renk teorisi ile ilgili aralıklarla bir dizi araştırma yayınladı ve "Renk Görme Teorisi Üzerine" için Rumford Madalyası ile ödüllendirildi.

Isaac Newton , güneş ışığı gibi beyaz ışığın, daha sonra beyaz ışığa yeniden birleştirilebilecek bir dizi monokromatik bileşenden oluştuğunu prizmalar kullanarak göstermişti . Newton ayrıca, sarı ve kırmızıdan oluşan turuncu bir boyanın, iki tek renkli sarı ve kırmızı ışıktan oluşmasına rağmen, tam olarak tek renkli turuncu bir ışığa benzeyebileceğini gösterdi. Bu nedenle, zamanın fizikçilerini şaşırtan paradoks: iki karmaşık ışık (birden fazla monokromatik ışıktan oluşur) birbirine benzeyebilir, ancak fiziksel olarak farklı olabilir, buna metamer denir . Thomas Young daha sonra bu paradoksun, renklerin gözlerdeki sınırlı sayıda kanal aracılığıyla algılanmasıyla açıklanabileceğini öne sürdü ve bunun üç katlı olduğunu öne sürdüğü trikromatik renk teorisi . Maxwell, Young'ın teorisini kanıtlamak için yakın zamanda geliştirilen lineer cebiri kullandı. Üç alıcıyı uyaran herhangi bir monokromatik ışık, bir dizi üç farklı monokromatik ışıkla (aslında, herhangi bir üç farklı ışık seti tarafından) eşit şekilde uyarabilmelidir. Renk eşleştirme deneyleri ve Kolorimetri icat ederek durumun böyle olduğunu gösterdi .

Maxwell, renk algısı teorisini, yani renkli fotoğrafçılıkta uygulamakla da ilgilendi . Doğrudan renk algısı üzerine psikolojik çalışmasından yola çıkarak: eğer herhangi bir üç ışığın toplamı algılanabilir herhangi bir rengi yeniden üretebiliyorsa, o zaman bir dizi üç renkli filtre ile renkli fotoğraflar üretilebilir. 1855 tarihli makalesi sırasında Maxwell, kırmızı, yeşil ve mavi filtrelerle bir sahnenin üç siyah beyaz fotoğrafının çekilmesi ve görüntülerin şeffaf baskılarının, aşağıdakilerle donatılmış üç projektör kullanılarak bir ekrana yansıtılmasını önerdi. benzer filtreler, ekrana bindirildiğinde sonuç insan gözü tarafından sahnedeki tüm renklerin tam bir kopyası olarak algılanır.

1861'de Kraliyet Enstitüsü'nün renk teorisi üzerine verdiği bir konferansta Maxwell, bu üç renkli analiz ve sentez ilkesiyle dünyanın ilk renkli fotoğraf gösterisini sundu. Fotoğrafı tek lensli refleks kameranın mucidi Thomas Sutton çekti. Bir ekose kurdeleyi kırmızı, yeşil ve mavi filtrelerle üç kez fotoğrafladı ve ayrıca Maxwell'in hesabına göre gösteride kullanılmayan sarı bir filtreyle dördüncü bir fotoğraf çekti. Sutton'ın fotoğraf plakaları kırmızıya karşı duyarsız ve yeşile zar zor duyarlı olduğundan, bu öncü deneyin sonuçları mükemmel olmaktan uzaktı. Dersin yayınlanan açıklamasında, "kırmızı ve yeşil görüntüler mavi kadar tam olarak fotoğraflanmış olsaydı", "riband'ın gerçekten renkli bir görüntüsü olurdu. daha az kırılabilir ışınlar, nesnelerin renklerinin temsili büyük ölçüde geliştirilebilir." 1961'deki araştırmacılar, kırmızı filtreli maruz kalmanın görünüşte imkansız kısmi başarısının, bazı kırmızı boyalar tarafından güçlü bir şekilde yansıtılan, kullanılan kırmızı filtre tarafından tamamen bloke edilmeyen ve ıslak kolodiyonun hassasiyet aralığında olan ultraviyole ışıktan kaynaklandığı sonucuna vardılar. Sutton'ın kullandığı süreç .

Kinetik teori ve termodinamik

Maxwell'in iblisi , entropinin azaldığı bir düşünce deneyi

Maxwell ayrıca gazların kinetik teorisini de araştırdı . Daniel Bernoulli ile başlayan bu teori, John Herapath , John James Waterston , James Joule ve özellikle Rudolf Clausius'un ardışık çalışmalarıyla , genel doğruluğunu şüpheye yer bırakmayacak şekilde geliştirildi; ama bu alanda bir deneyci (gazlı sürtünme yasaları üzerine) ve aynı zamanda bir matematikçi olarak ortaya çıkan Maxwell'den muazzam bir gelişme aldı.

1859 ve 1866 arasında, bir gazın parçacıklarındaki hız dağılımları teorisini geliştirdi, daha sonra Ludwig Boltzmann tarafından genelleştirilmiş çalışma . Maxwell-Boltzmann dağılımı adı verilen formül, herhangi bir sıcaklıkta belirli bir hızda hareket eden gaz moleküllerinin kesirini verir. Kinetik teoride , sıcaklıklar ve ısı sadece moleküler hareketi içerir. Bu yaklaşım, termodinamiğin önceden belirlenmiş yasalarını genelleştirdi ve mevcut gözlemleri ve deneyleri daha önce elde edilenden daha iyi bir şekilde açıkladı. Termodinamik üzerine yaptığı çalışma, Maxwell'in iblisi olarak bilinen ve termodinamiğin ikinci yasasının parçacıkları enerjiye göre ayırabilen hayali bir varlık tarafından ihlal edildiği düşünce deneyini tasarlamasına yol açtı .

1871'de, farklı termodinamik değişkenlere göre termodinamik potansiyellerin ikinci türevleri arasında eşitlik ifadeleri olan Maxwell'in termodinamik ilişkilerini kurdu. 1874'te, Amerikalı bilim adamı Josiah Willard Gibbs'in grafik termodinamik makalelerine dayanarak, faz geçişlerini keşfetmenin bir yolu olarak bir alçı termodinamik görselleştirmesi yaptı.

kontrol teorisi

Maxwell, Proceedings of the Royal Society , cilt. 16 (1867-1868). Bu makale , kontrol teorisinin ilk günlerinin merkezi bir makalesi olarak kabul edilir . Burada "valiler", buhar motorlarını düzenlemek için kullanılan vali veya merkezkaç vali anlamına gelir .

Miras

Alexander Stoddart tarafından Edinburgh'daki James Clerk Maxwell Anıtı . Royal Society of Edinburgh tarafından görevlendirildi; 2008 yılında açıldı.

Yayınlar

  • Maxwell, James Clerk (1873), Elektrik ve manyetizma üzerine bir inceleme Cilt I , Oxford: Clarendon Press
  • Maxwell, James Clerk (1873), Elektrik ve manyetizma üzerine bir inceleme Cilt II , Oxford: Clarendon Press
  • Maxwell, James Clerk (1881), elektrik üzerine bir İlköğretim incelemesi , Oxford : Clarendon Press
  • Maxwell, James Clerk (1890), James Clerk'in bilimsel makaleleri Maxwell Cilt I , Dover Yayını
  • Maxwell, James Clerk (1890), James Clerk'in bilimsel makaleleri Maxwell Cilt II , Cambridge, University Press
  • Maxwell, James Clerk (1908), Isı Teorisi , Longmans Green Co.
  • Maxwell'in Britannica Ansiklopedisi'ne yaptığı katkılardan üçü Dokuzuncu Baskıda (1878): Atom , Atom Cazibesi , Cazibe ve Eter Eter ; ve On Birinci Baskıda (1911): Kılcal Hareket , Diyagram ve Faraday, Michael

Notlar

Referanslar

Dış bağlantılar