Джеймс Клерк Максвелл: биография

Стаття Максвелла про динамічної теорії електромагнітного поля вийшла в 1864 році, і в ній механічну модель змінили «рівняння Максвелла» - математична формулювання рівнянь поля - а саме поле вперше трактувалося як реальної фізично системи, що має певну енергію. У цій статті він передбачив і існування не тільки магнітних, а й електромагнітних хвиль. Паралельно вивчення електромагнетизму Максвелл провів кілька експериментів, перевіряючи свої результати в кінетичної теорії. Сконструювавши прилад, що визначає в'язкість повітря, він переконався, що коефіцієнт внутрішнього тертя дійсно не залежить від щільності.

У 1865 році Максвелл остаточно втомився від своєї педагогічної діяльності. Не дивно - лекції його були занадто складні, щоб ще і підтримувати на них дисципліну, та й наукова робота, на відміну від викладання, займала всі його думки. Рішення було прийнято, і вчений переїхав до рідного Гленлер. Майже відразу після переїзду він отримав травму на кінній прогулянці і захворів бешихове запалення. Одужавши, Джеймс активно взявся за господарство, перебудовуючи і розширюючи свій маєток. Однак і про студентів не забував - регулярно їздив до Лондона і в Кембридж приймати іспити. Саме він домігся введення в іспити питань і завдань прикладного характеру. На початку 1867 року лікар порадив часто хворіла дружині Максвелла лікування в Італії, і всю весну Максвелла провели у Флоренції та Римі. Тут учений зустрічався з професором Маттеучі, італійським фізиком, і практикувався в іноземних мовах. До речі, Максвелл непогано володів латинською, італійською, грецькою, німецькою та французькою. На батьківщину Максвелла поверталися через Німеччину, Голландію та Францію.

У тому ж році Максвелл склав вірш, присвячений Пітеру Тету. Жартівлива ода називалася «Головному музикантові по грі на Набла» і виявилася настільки успішною, що закріпила в науці новий термін «Набла», що відбувся від назви древнеассірійского музичного інструменту і позначає символ векторного диференціального оператора. Зауважимо, що своєму другу Тету, яка подала разом з Томсоном другий початок термодинаміки як JCM = dp / dt, Максвелл зобов'язаний власним псевдонімом, яким підписував вірші та листи. Ліва частина формули збіглася з ініціалами Джеймса, а тому він вирішив використовувати як підписи праву - dp / dt.

У 1868 році Максвеллу запропонували пост ректора в університеті Сент-Ендрюс, але вчений відмовився, не бажаючи змінювати свій відокремлений спосіб життя в Гленлер. Лише через три роки він після тривалих роздумів очолив щойно відкрилася в Кембриджі фізичну лабораторію і, відповідно, став професором експериментальної фізики. Погодившись на цей пост, Максвелл відразу взявся налагоджувати будівельні роботи і оснащувати лабораторію (спочатку власними приладами). У Кембриджі він став читати курси електрики, тепла й магнетизму.

У тому ж 1871 році був опублікований підручник Максвелла «Theory of Heat» («Теорія теплоти»), згодом неодноразово перевиданий. В останньому розділі книги містилися основні постулати молекулярно-кінетичної теорії та статистичні ідеї Максвелла. Тут же він спростував другий початок термодинаміки, сформульоване Клаузиусом і Томсоном. У цьому формулюванні передвіщалася «теплова смерть Всесвіту» - чисто механічна точка зору. Максвелл стверджував статистичний характер горезвісного «другого начала», яке на його переконання може порушуватися лише окремими молекулами, залишаючись справедливим у разі великих сукупностей. Це положення він проілюстрував парадоксом, названим «демоном Максвелла». Парадокс полягає в здатності «демона» (керуючої системи) зменшувати ентропію цієї системи, не витрачаючи роботу. Парадокс цей дозволили в двадцятому столітті, вказавши на роль, яку відіграють в керуючому елементі флуктуації, і довівши, що коли «демон» отримує інформацію про молекулах, це підвищує ентропію, а тому порушення другого початку термодинаміки не відбувається.

Два роки по тому побачив світ двотомник Максвелла, названий «Трактат про магнетизм і електриці». У ньому містилися рівняння Максвелла, наслідком яких стало відкриття Герцем електромагнітних хвиль (1887 рік). У трактаті також була доведена електромагнітна природа світла і передбачений ефект тиску світла. На основі цієї теорії Максвелл пояснив і вплив магнітного поля на поширення світла. Однак цей фундаментальну працю вельми прохолодно прийняли корифеї науки - Стокс, Томсон, Ейрі, Тет. Особливо складною для розуміння виявилася концепція горезвісного струму зміщення, існуючого по Максвеллу навіть в ефірі, тобто за відсутності матерії. Крім того, сильно заважав сприйняттю і стиль Максвелла, часом дуже сумбурний у викладі.