Джеймс Клерк Максвелл: биография

У тій же статті Максвелл, перейшовши до розгляду розповсюдження збурень у своїй моделі, помітив подібність властивостей своєї вихровий середовища і світлоносного ефіру Френеля. Це знайшло вияв у практичному збігу швидкості розповсюдження збурень (відносини електромагнітної й електростатичної одиниць електрики, визначеної Вебером і Рудольфом Кольраушем) і швидкості світла, виміряної Іполитом Фізо. Таким чином, Максвелл зробив рішучий крок до побудови електромагнітної теорії світла:

n

n

Ми навряд чи можемо відмовитися від висновку, що світло складається з поперечних коливань тієї ж самої середовища, яка є причиною електричних і магнітних явищ.

n

n

Втім, це середовище (ефір) і її властивості не представляли першочергового інтересу для Максвелла, хоча він, безумовно, поділяв уявлення про електромагнетизм як про результат застосування законів механіки до ефіру. Як зазначав з цього приводу Анрі Пуанкаре,«Максвелл не дає механічного пояснення електрики і магнетизму; він обмежується тим, що доводить можливість такого пояснення».

У 1864 році вийшла наступна стаття Максвелла «Динамічна теорія електромагнітного поля» (A dynamical theory of the electromagnetic field), в якій було дано більш розгорнута формулювання його теорії (тут вперше з'явився термін «електромагнітне поле»). При цьому він відкинув грубу механічну модель (подібні уявлення, за визнанням вченого, вводилися виключно«як ілюстративні, а не як пояснюючі»), залишивши чисто математичну формулювання рівнянь поля (рівняння Максвелла), яке вперше трактувалося як фізично реальна система з певною енергією. Мабуть, це пов'язано з першим усвідомленням реальності запізнілого взаємодії зарядів (і запізнілого взаємодії взагалі), обговорюваного Максвеллом. У цій же роботі він фактично передбачив існування електромагнітних хвиль, хоча, дотримуючись Фарадею, писав лише про магнітні хвилях (електромагнітні хвилі в повному розумінні цього слова з'явилися в статті 1868 року). Швидкість цих поперечних хвиль виявилася дорівнює швидкості світла, і таким чином остаточно оформилося уявлення про електромагнітну природу світла. Більш того, в цій же роботі Максвелл застосував свою теорію до проблеми поширення світла в кристалах, діелектрична або магнітна проникності яких залежать від напрямку, і в металах, отримавши хвильове рівняння з урахуванням провідності матеріалу.

Паралельно своїх занять електромагнетизмом Максвелл в Лондоні поставив кілька експериментів з перевірки своїх результатів у кінетичної теорії. Їм був сконструйований спеціальний прилад для визначення в'язкості повітря, і з його допомогою він переконався в справедливості висновку про незалежності коефіцієнта внутрішнього тертя від щільності (ці досліди він проводив разом зі своєю дружиною). Згодом лорд Релей писав, що«у всій галузі науки немає гарнішого або багатозначного відкриття, ніж незмінність в'язкості газу при всіх густинах». Після 1862 року, коли Клаузіус виступив з критикою ряду положень теорії Максвелла (особливо щодо питань теплопровідності), той погодився з цими зауваженнями і приступив до виправлення результатів. Однак незабаром він прийшов до висновку про непридатність методу, заснованого на поданні про середній довжині вільного пробігу, для розгляду процесів переносу (про це говорила неможливість пояснення температурної залежності в'язкості).

Гленлер (1865-1871)

У 1865 році Максвелл вирішив покинути Лондон і повернутися в рідне маєток. Причиною цього стало бажання більше часу приділяти науковій роботі, а також педагогічні невдачі: йому ніяк не вдавалося підтримувати дисципліну на своїх надзвичайно складних лекціях. Незабаром після переїзду до Гленлер він тяжко захворів бешиховим запаленням голови в результаті поранення, отриманого на одній з кінних прогулянок. Після одужання Максвелл активно взявся за господарські справи, перебудову і розширення свого маєтку. Він регулярно відвідував Лондон, а також Кембридж, де брав участь у прийомі іспитів. Під його впливом у екзаменаційну практику стали вводитися питання і завдання прикладного характеру. Так, в 1869 році він запропонував для іспиту дослідження, яке являло собою першу теорію дисперсії, засновану на взаємодії падаючої хвилі з молекулами, що володіють певною частотою власних коливань. Отримана в цій моделі залежність показника заломлення від частоти була незалежно виведена через три роки Вернером фон Зельмейєра (Werner von Sellmeier). Теорія дисперсії Максвелла - Зельмейєра знайшла підтвердження в кінці XIX століття в дослідах Генріха Рубенса (англ.Heinrich Rubens).