سيرة جيمس ماكسويل. جيمس كلارك ماكسويل: العالم ونظريته الشيطانية للظواهر الكهرومغناطيسية بقلم جيمس ماكسويل

"... حدثت نقطة تحول عظيمة، والتي ارتبطت إلى الأبد بأسماء فاراداي، ماكسويل، هيرتز. حصة الأسد في هذه الثورة تعود إلى ماكسويل... بعد ماكسويل، تم التفكير في الواقع المادي في شكل مجالات مستمرة "لا يمكن تفسيره ميكانيكيًا... وهذا التغيير في مفهوم الواقع هو الأكثر عمقًا وإثمارًا من بين تلك التغييرات التي شهدتها الفيزياء منذ زمن نيوتن."

أينشتاين

الأمثال والاقتباسات من قبل جيمس ماكسويل.
"عندما يمكن وصف ظاهرة ما بأنها حالة خاصة لبعض المبادئ العامة التي تنطبق على ظواهر أخرى، يقال أن هذه الظاهرة قد تم تفسيرها."

"...لتطوير العلم، لا يتطلب الأمر في أي عصر معين أن يفكر الناس بشكل عام فحسب، بل أن يركزوا أفكارهم على ذلك الجزء من مجال العلوم الواسع الذي يتطلب التطوير في وقت معين."

"من بين جميع الفرضيات.. اختر التي لا تتعارض مع المزيد من التفكير في الأشياء التي تتم دراستها"

"إن إجراء العمل العلمي بشكل صحيح تمامًا من خلال التجارب المنهجية والعروض التوضيحية الدقيقة يتطلب فنًا استراتيجيًا."

“...إن تاريخ العلم لا يقتصر على سرد الأبحاث الناجحة. يجب أن يخبرنا عن التحقيقات غير الناجحة ويشرح لماذا فشل بعض الرجال الأكثر قدرة في العثور على مفتاح المعرفة وكيف أن سمعة الآخرين لم تقدم سوى دعم أكبر للأخطاء التي وقعوا فيها.

"كل رجل عظيم هو فريد من نوعه. وفي الموكب التاريخي للعلماء، لكل منهم مهمته الخاصة ومكانته الخاصة.

"إن الموقد الحقيقي للعلم ليس مجلدات الأعمال العلمية، بل العقل الحي للإنسان، ومن أجل تقدم العلم، من الضروري توجيه الفكر الإنساني في الاتجاه العلمي. ويمكن القيام بذلك بطرق مختلفة: من خلال الإعلان عن اكتشاف ما، أو من خلال الدفاع عن فكرة متناقضة، أو من خلال اختراع عبارة علمية، أو من خلال وضع نظام مذهبي.

ماكسويل ونظرية المجال الكهرومغناطيسي.
درس ماكسويل الظواهر الكهربائية والمغناطيسية عندما كان الكثير منها مفهومًا جيدًا بالفعل. تم إنشاء قانون كولوم وقانون أمبير، كما ثبت أن التفاعلات المغناطيسية مرتبطة بعمل الشحنات الكهربائية. وكان العديد من العلماء في ذلك الوقت من أنصار نظرية الفعل بعيد المدى، والتي تنص على أن التفاعل يحدث بشكل فوري وفي الفضاء الفارغ.

لعبت دراسة مايكل فاراداي (الثلاثينيات من القرن التاسع عشر) الدور الرئيسي في نظرية العمل قصير المدى. جادل فاراداي بأن طبيعة الشحنة الكهربائية تعتمد على المجال الكهربائي المحيط. مجال الشحنة الواحدة متصل بالشحنة المجاورة في اتجاهين. تتفاعل التيارات باستخدام المجال المغناطيسي. وصف فاراداي المجالات المغناطيسية والكهربائية على شكل خطوط قوة، وهي خطوط مرنة في وسط افتراضي هو الأثير.

شرح ماكسويل أفكار فاراداي في شكل رياضي، وهو الأمر الذي احتاجته الفيزياء حقًا. مع إدخال مفهوم المجال، أصبحت قوانين كولوم وأمبير أكثر إقناعا وذات معنى عميق. في مفهوم الحث الكهرومغناطيسي، كان ماكسويل قادرًا على النظر في خصائص المجال نفسه. تحت تأثير المجال المغناطيسي المتناوب، يتولد مجال كهربائي بخطوط قوة مغلقة في الفضاء الفارغ. وتسمى هذه الظاهرة بالمجال الكهربائي الدوامي.
أظهر ماكسويل أن المجال الكهربائي المتناوب يمكن أن يولد مجالًا مغناطيسيًا مشابهًا للتيار الكهربائي العادي. وقد سميت هذه النظرية بفرضية تيار الإزاحة. بعد ذلك، عبر ماكسويل عن سلوك المجالات الكهرومغناطيسية في معادلاته.

مرجع. معادلات ماكسويل هي معادلات تصف الظواهر الكهرومغناطيسية في مختلف الوسائط والفضاء الفراغي، وتتعلق أيضًا بالديناميكا الكهربائية العيانية الكلاسيكية. وهذا استنتاج منطقي مستمد من التجارب المبنية على قوانين الظواهر الكهربائية والمغناطيسية.
الاستنتاج الرئيسي لمعادلات ماكسويل هو محدودية انتشار التفاعلات الكهربائية والمغناطيسية، والتي ميزت بين نظرية العمل قصير المدى ونظرية العمل طويل المدى. خصائص السرعة اقتربت من سرعة الضوء 300000 كم/ثانية. أعطى هذا سببًا لماكسويل للقول بأن الضوء ظاهرة مرتبطة بعمل الموجات الكهرومغناطيسية.

النظرية الحركية الجزيئية لغازات ماكسويل.

ساهم ماكسويل في دراسة النظرية الحركية الجزيئية (وتسمى اليوم الميكانيكا الإحصائية). وهو أول من طرح فكرة الطبيعة الإحصائية لقوانين الطبيعة. ماكسويلأنشأ قانون توزيع الجزيئات حسب السرعة، كما تمكن من حساب لزوجة الغازات بالنسبة لمؤشرات السرعة والمسار الحر لجزيئات الغاز. بفضل عمل ماكسويل، أصبح لدينا عدد من العلاقات الديناميكية الحرارية.

مرجع. توزيع ماكسويل هو نظرية لتوزيع سرعة جزيئات النظام في ظل ظروف التوازن الديناميكي الحراري. التوازن الديناميكي الحراري هو شرط للحركة الانتقالية للجزيئات الموصوفة بقوانين الديناميكيات الكلاسيكية.
الأعمال العلميةماكسويل: "نظرية الحرارة"، "المادة والحركة"، "الكهرباء في العرض الابتدائي". وكان مهتمًا أيضًا بتاريخ العلوم. في وقت واحد تمكن من نشر أعمال كافنديش، والتيماكسويلأضفت تعليقاتي.
كان ماكسويل يعمل بنشاط على دراسة المجالات الكهرومغناطيسية. حظيت نظريته حول وجودهم باعتراف عالمي بعد عقد واحد فقط من وفاته.

كان ماكسويل أول من صنف المادة وخصص لكل منها قوانينها الخاصة، والتي لم تكن قابلة للاختزال إلى قوانين نيوتن في الميكانيكا.

وقد كتب عنها العديد من العلماء. قال عنها الفيزيائي فاينمان ماكسويلالذي اكتشف قوانين الديناميكا الكهربائيةماكسويل، نظرت عبر القرون إلى المستقبل.

جيمس كليرك ماكسويل (1831-79) - فيزيائي إنجليزي، مبتكر الديناميكا الكهربائية الكلاسيكيةأحد مؤسسي الفيزياء الإحصائية، والمنظم والمدير الأول (منذ عام 1871) لمختبر كافنديش، وتنبأ بوجود الموجات الكهرومغناطيسية، وطرح فكرة الطبيعة الكهرومغناطيسية للضوء، ووضع أول قانون إحصائي - قانون توزيع الجزيئات حسب السرعة، سمي باسمه.

تطوير أفكار مايكل فاراداي، أنشأ نظرية المجال الكهرومغناطيسي (معادلات ماكسويل)؛ قدم مفهوم تيار الإزاحة، وتنبأ بوجود الموجات الكهرومغناطيسية، وطرح فكرة الطبيعة الكهرومغناطيسية للضوء. أنشأ توزيعا إحصائيا يحمل اسمه. درس اللزوجة والانتشار والتوصيل الحراري للغازات. أظهر ماكسويل أن حلقات زحل تتكون من أجسام منفصلة. يعمل على رؤية الألوان وقياس الألوان (قرص ماكسويل)، والبصريات (تأثير ماكسويل)، ونظرية المرونة (نظرية ماكسويل، مخطط ماكسويل-كريمونا)، والديناميكا الحرارية، وتاريخ الفيزياء، وما إلى ذلك.

عائلة. سنوات الدراسة

ولد جيمس ماكسويل في 13 يونيو 1831 في إدنبره. كان الابن الوحيد للنبيل الاسكتلندي والمحامي جون كليرك، الذي ورث تركة زوجة أحد أقاربه، ني ماكسويل، أضاف هذا الاسم إلى لقبه. بعد ولادة الابن، انتقلت العائلة إلى جنوب اسكتلندا، إلى عقارهم الخاص، جلينلار ("المأوى في الوادي")، حيث قضى الصبي طفولته.

في عام 1841، أرسله والد جيمس إلى مدرسة تسمى أكاديمية إدنبره. هنا، في سن الخامسة عشرة، كتب ماكسويل أول مقال علمي له بعنوان "حول رسم الأشكال البيضاوية". في عام 1847 التحق بجامعة إدنبرة، حيث درس لمدة ثلاث سنوات، وفي عام 1850 انتقل إلى جامعة كامبريدج، حيث تخرج عام 1854. بحلول هذا الوقت، كان جيمس ماكسويل عالم رياضيات من الدرجة الأولى يتمتع بحدس متطور بشكل رائع. من عالم فيزياء.

إنشاء مختبر كافنديش. العمل التدريسي

بعد التخرج من الجامعة، بقي جيمس ماكسويل في كامبريدج للعمل التدريسي. في عام 1856 حصل على منصب أستاذ في كلية ماريشال بجامعة أبردين (اسكتلندا). وفي عام 1860 انتخب عضوا في الجمعية الملكية في لندن. وفي نفس العام انتقل إلى لندن، وقبل عرضًا لتولي منصب رئيس قسم الفيزياء في كلية كينجز، جامعة لندن، حيث عمل حتى عام 1865.

بعد عودته إلى جامعة كامبريدج في عام 1871، قام ماكسويل بتنظيم وترأس أول مختبر بريطاني مجهز خصيصًا للتجارب الفيزيائية، والمعروف باسم مختبر كافنديش (سمي على اسم العالم الإنجليزي هنري كافنديش). تشكيل هذا المختبر في مطلع القرنين التاسع عشر والعشرين. تحولت إلى واحدة من أكبر مراكز العلوم العالمية، كرس ماكسويل السنوات الأخيرة من حياته.

بشكل عام، هناك القليل من الحقائق المعروفة عن حياة ماكسويل. خجول ومتواضع، سعى إلى العيش في عزلة ولم يحتفظ بالمذكرات. في عام 1858، تزوج جيمس ماكسويل، ولكن يبدو أن حياته العائلية لم تكن ناجحة، مما أدى إلى تفاقم عزلته عن التواصل، وأبعده عن أصدقائه السابقين. هناك تكهنات بأن الكثير من المواد المهمة عن حياة ماكسويل فُقدت في حريق عام 1929 في منزله في غلينلير، بعد 50 عامًا من وفاته. توفي بمرض السرطان عن عمر يناهز 48 عامًا.

النشاط العلمي

غطى مجال اهتمامات ماكسويل العلمية الواسع بشكل غير عادي نظرية الظواهر الكهرومغناطيسية، والنظرية الحركية للغازات، والبصريات، ونظرية المرونة وغير ذلك الكثير. كان أحد أعماله الأولى هو البحث في فسيولوجيا وفيزياء رؤية الألوان وقياس الألوان، والذي بدأ في عام 1852. وفي عام 1861، حصل جيمس ماكسويل لأول مرة على صورة ملونة من خلال عرض شرائح حمراء وخضراء وزرقاء في نفس الوقت على الشاشة. أثبت هذا صحة نظرية الرؤية المكونة من ثلاثة مكونات وحدد طرقًا لإنشاء التصوير الفوتوغرافي الملون. في أعماله 1857-59، درس ماكسويل نظريًا استقرار حلقات زحل وأظهر أن حلقات زحل لا يمكن أن تكون مستقرة إلا إذا كانت تتكون من جسيمات (أجسام) غير متصلة ببعضها البعض.

في عام 1855، بدأ د. ماكسويل سلسلة من أعماله الرئيسية في الديناميكا الكهربائية. نُشرت المقالات "حول خطوط قوة فاراداي" (1855-1856)، و"حول خطوط القوة الفيزيائية" (1861-62)، و"النظرية الديناميكية للمجال الكهرومغناطيسي" (1869). اكتمل البحث بنشر دراسة مكونة من مجلدين بعنوان "دراسة في الكهرباء والمغناطيسية" (1873).

إنشاء نظرية المجال الكهرومغناطيسي

عندما بدأ جيمس ماكسويل في البحث عن الظواهر الكهربائية والمغناطيسية في عام 1855، كان الكثير منها قد تمت دراسته جيدًا بالفعل: على وجه الخصوص، تم وضع قوانين تفاعل الشحنات الكهربائية الثابتة (قانون كولومب) والتيارات (قانون أمبير)؛ لقد ثبت أن التفاعلات المغناطيسية هي تفاعلات الشحنات الكهربائية المتحركة. اعتقد معظم العلماء في ذلك الوقت أن التفاعل ينتقل على الفور، مباشرة من خلال الفراغ (نظرية العمل بعيد المدى).

تم التحول الحاسم إلى نظرية العمل قصير المدى بواسطة مايكل فاراداي في الثلاثينيات. القرن ال 19 ووفقا لأفكار فاراداي، فإن الشحنة الكهربائية تخلق مجالا كهربائيا في الفضاء المحيط. يؤثر مجال إحدى الشحنات على أخرى، والعكس صحيح. يتم تفاعل التيارات من خلال المجال المغناطيسي. وصف فاراداي توزيع المجالات الكهربائية والمغناطيسية في الفضاء باستخدام خطوط القوة، والتي، في نظره، تشبه الخطوط المرنة العادية في وسط افتراضي - الأثير العالمي.

قبل ماكسويل بالكامل أفكار فاراداي حول وجود مجال كهرومغناطيسي، أي حول حقيقة العمليات في الفضاء بالقرب من الشحنات والتيارات. كان يعتقد أن الجسد لا يستطيع أن يتصرف حيث لا وجود له.

أول شيء فعله د.ك ماكسويل - أعطى أفكار فاراداي شكلاً رياضيًا صارمًا، وهو ضروري جدًا في الفيزياء. اتضح أنه مع إدخال مفهوم المجال، بدأ التعبير عن قوانين كولومب وأمبير بشكل كامل وعميق وأنيق. في ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي، رأى ماكسويل خاصية جديدة للمجالات: فالمجال المغناطيسي المتناوب يولد في الفضاء الفارغ مجالًا كهربائيًا بخطوط قوة مغلقة (ما يسمى بالمجال الكهربائي الدوامي).

الخطوة التالية والأخيرة في اكتشاف الخصائص الأساسية للمجال الكهرومغناطيسي اتخذها ماكسويل دون الاعتماد على أي تجربة. لقد قدم تخمينًا رائعًا بأن المجال الكهربائي المتناوب يولد مجالًا مغناطيسيًا، تمامًا مثل التيار الكهربائي العادي (فرضية تيار الإزاحة). بحلول عام 1869، تم وضع جميع القوانين الأساسية لسلوك المجال الكهرومغناطيسي وصياغتها في شكل نظام من أربع معادلات، تسمى معادلات ماكسويل.

معادلات ماكسويل هي المعادلات الأساسية للديناميكا الكهربائية العيانية الكلاسيكية، التي تصف الظواهر الكهرومغناطيسية في الوسائط العشوائية وفي الفراغ. تم الحصول على معادلات ماكسويل بواسطة جي سي ماكسويل في الستينيات. القرن ال 19 نتيجة تعميم قوانين الظواهر الكهربائية والمغناطيسية المكتشفة من التجربة.

الاستنتاج الأساسي المتبع من معادلات ماكسويل: محدودية سرعة انتشار التفاعلات الكهرومغناطيسية. وهذا هو الشيء الرئيسي الذي يميز نظرية العمل قصير المدى عن نظرية العمل بعيد المدى. وتبين أن السرعة تساوي سرعة الضوء في الفراغ: 300 ألف كيلومتر في الثانية. ومن هذا استنتج ماكسويل أن الضوء هو شكل من أشكال الموجات الكهرومغناطيسية.

يعمل على النظرية الحركية الجزيئية للغازات

إن دور جيمس ماكسويل في تطوير وتأسيس النظرية الحركية الجزيئية (الاسم الحديث هو الميكانيكا الإحصائية) مهم للغاية. كان ماكسويل أول من أدلى ببيان حول الطبيعة الإحصائية لقوانين الطبيعة. في عام 1866 اكتشف أول قانون إحصائي - قانون توزيع الجزيئات حسب السرعة (توزيع ماكسويل). بالإضافة إلى ذلك، قام بحساب لزوجة الغازات اعتمادًا على السرعات ومتوسط ​​المسار الحر للجزيئات، واشتق عددًا من العلاقات الديناميكية الحرارية.

توزيع ماكسويل هو توزيع سرعة جزيئات النظام في حالة التوازن الديناميكي الحراري (بشرط أن تكون الحركة الانتقالية للجزيئات موصوفة بقوانين الميكانيكا الكلاسيكية). أنشأها جي سي ماكسويل في عام 1859.

كان ماكسويل مروجًا رائعًا للعلم. كتب عددًا من المقالات للموسوعة البريطانية والكتب الشعبية: "نظرية الحرارة" (1870)، "المادة والحركة" (1873)، "الكهرباء في العرض الابتدائي" (1881)، والتي تُرجمت إلى اللغة الروسية؛ ألقى محاضرات وتقارير حول مواضيع مادية لجمهور واسع. أظهر ماكسويل أيضًا اهتمامًا كبيرًا بتاريخ العلوم. في عام 1879، نشر أعمال ج. كافنديش حول الكهرباء، وزودهم بتعليقات مستفيضة.

تقييم عمل ماكسويل

لم تكن أعمال العالم موضع تقدير من قبل معاصريه. بدت الأفكار حول وجود مجال كهرومغناطيسي اعتباطية وغير مثمرة. فقط بعد أن أثبت هاينريش هيرتز تجريبيًا وجود الموجات الكهرومغناطيسية التي تنبأ بها ماكسويل في 1886-1889، حصلت نظريته على قبول عالمي. حدث هذا بعد عشر سنوات من وفاة ماكسويل.

وبعد التأكيد التجريبي لحقيقة المجال الكهرومغناطيسي، تم التوصل إلى اكتشاف علمي أساسي: هناك أنواع مختلفة من المادة، ولكل منها قوانينه الخاصة، التي لا يمكن اختزالها إلى قوانين نيوتن في الميكانيكا. ومع ذلك، لم يكن ماكسويل نفسه مدركًا لهذا الأمر بوضوح، وحاول في البداية بناء نماذج ميكانيكية للظواهر الكهرومغناطيسية.

قال الفيزيائي الأمريكي ريتشارد فاينمان بشكل ممتاز عن دور ماكسويل في تطور العلوم: "في تاريخ البشرية (إذا نظرت إليه، على سبيل المثال، بعد عشرة آلاف سنة)، فإن الحدث الأكثر أهمية في القرن التاسع عشر سيكون بلا شك اكتشاف ماكسويل من قوانين الديناميكا الكهربائية. وعلى خلفية هذا الاكتشاف العلمي المهم، ستبدو الحرب الأهلية الأمريكية في نفس العقد وكأنها حادثة إقليمية.

توفي جيمس ماكسويل 5 نوفمبر 1879، كامبريدج. لم يتم دفنه في قبر رجال إنجلترا العظماء - دير وستمنستر - ولكن في قبر متواضع بجوار كنيسته الحبيبة في قرية اسكتلندية، ليس بعيدًا عن ملكية العائلة.

تم تعطيل جافا سكريبت في المتصفح الخاص بك.
لإجراء العمليات الحسابية، يجب عليك تمكين عناصر تحكم ActiveX!

عاش جيمس كلارك ماكسويل 48 عامًا فقط، لكن من الصعب المبالغة في تقدير مساهمته في الرياضيات والفيزياء والميكانيكا. صرح ألبرت أينشتاين نفسه أنه مدين بنظريته النسبية لمعادلات ماكسويل للمجال الكهرومغناطيسي.

يوجد منزل في شارع الهند في إدنبرة عليه لوحة على الحائط:
"جيمس كلارك ماكسويل
عالم الطبيعة
ولد هنا في 13 يونيو 1831."

ينتمي العالم العظيم المستقبلي إلى عائلة نبيلة قديمة وقضى معظم طفولته في ملكية والده ميدلبي الواقعة في جنوب اسكتلندا. لقد نشأ كطفل فضولي ونشط، وحتى ذلك الحين لاحظت عائلته أن أسئلته المفضلة هي: "كيف نفعل هذا؟" و"كيف يحدث هذا؟"

عندما بلغ جيمس العاشرة، بقرار عائلي، دخل أكاديمية إدنبرة، حيث درس بجد، على الرغم من عدم إظهار أي مواهب خاصة. ومع ذلك، بعد أن أصبح مهتمًا بالهندسة، اخترع ماكسويل طريقة جديدة لرسم الأشكال البيضاوية. تم توضيح محتوى عمله في هندسة المنحنيات البيضاوية في معاملات الجمعية الملكية في إدنبره لعام 1846. وكان عمر المؤلف في ذلك الوقت أربعة عشر عامًا فقط. في السادسة عشرة من عمره، ذهب ماكسويل إلى جامعة إدنبرة، واختار الفيزياء والرياضيات كمواضيعه الرئيسية. وبالإضافة إلى ذلك، اهتم بمشكلات الفلسفة وأخذ دورات في المنطق والميتافيزيقا.

نشرت "وقائع الجمعية الملكية في إدنبره" التي سبق ذكرها مقالتين أخريين لطالب موهوب - حول المنحنيات المتدحرجة والخصائص المرنة للمواد الصلبة. الموضوع الأخير كان مهما للميكانيكا الإنشائية.

بعد الدراسة في إدنبرة، انتقل ماكسويل البالغ من العمر تسعة عشر عامًا إلى جامعة كامبريدج، أولاً إلى كلية سانت بيتر، ثم إلى كلية ترينيتي الأكثر شهرة. تم إجراء دراسة الرياضيات هناك على مستوى أعمق، وكانت متطلبات الطلاب أعلى بشكل ملحوظ مما كانت عليه في إدنبرة. وعلى الرغم من ذلك، تمكن ماكسويل من تحقيق المركز الثاني في الامتحان العام المكون من ثلاث مراحل في الرياضيات للحصول على درجة البكالوريوس.

في كامبريدج، تواصل ماكسويل كثيرا مع أشخاص مختلفين، وانضم إلى نادي الرسل، الذي يتألف من 12 عضوا، متحدون في اتساع وأصالة تفكيرهم. شارك في أنشطة الكلية العمالية التي أنشئت لتعليم عامة الناس، وألقى محاضرات فيها.

في خريف عام 1855، عندما أكمل ماكسويل دراسته، تم قبوله في كلية هولي ترينيتي ودُعي للبقاء كمدرس. وبعد ذلك بقليل، انضم إلى الجمعية الملكية في إدنبره - الرابطة العلمية الوطنية في اسكتلندا. في عام 1856، غادر ماكسويل كامبريدج للعمل كأستاذ في كلية ماريشال في مدينة أبردين الاسكتلندية.

بعد أن أصبح صديقًا لمدير الكلية، القس دانيال ديوار، التقى ماكسويل بابنته كاثرين ماري. أعلنا خطوبتهما في أواخر شتاء عام 1858، وتزوجا في يونيو. وفقا لمذكرات كاتب السيرة الذاتية وصديق العالم لويس كامبل، تبين أن زواجهما كان مثالا على التفاني المذهل. ومن المعروف أن كاثرين ساعدت زوجها في الأبحاث المعملية.

بشكل عام، كانت فترة أبردين مثمرة جدًا في حياة ماكسويل. أثناء وجوده في كامبريدج، بدأ البحث في بنية حلقات زحل، وفي عام 1859 نُشرت دراسته، حيث أثبت أنها أجسام صلبة تدور حول الكوكب. وفي الوقت نفسه، كتب العالم مقالاً بعنوان «شروحات حول النظرية الديناميكية للغازات»، اشتق فيه دالة تعكس توزيع جزيئات الغاز حسب سرعتها، والتي سُميت فيما بعد بتوزيع ماكسويل. كان هذا أحد الأمثلة الأولى للقوانين الإحصائية التي تصف سلوك ليس جسمًا واحدًا أو جسيمًا واحدًا، بل سلوك العديد من الأشياء أو الجسيمات. اخترع الباحث لاحقًا "شيطان ماكسويل" - وهي تجربة فكرية يقوم فيها كائن ذكي غير مادي بفصل جزيئات الغاز حسب السرعة - وأظهرت الطبيعة الإحصائية للقانون الثاني للديناميكا الحرارية.

في عام 1860، تم دمج عدة كليات في جامعة أبردين وتم إلغاء بعض الأقسام. كما تم تسريح البروفيسور الشاب ماكسويل. لكنه لم يبق عاطلاً عن العمل لفترة طويلة؛ وعلى الفور تقريبًا تمت دعوته للتدريس في كلية كينغز كوليدج في لندن، حيث مكث طوال السنوات الخمس التالية.

في نفس العام، في اجتماع للجمعية البريطانية، قرأ العالم تقريرًا عن تطوراته المتعلقة بإدراك الألوان، وحصل لاحقًا على وسام رمفورد من الجمعية الملكية في لندن. لإثبات صحة نظريته الخاصة بالألوان، قدم ماكسويل للجمهور منتجًا جديدًا استحوذ على خيالهم - التصوير الفوتوغرافي الملون. ولم يتمكن أحد من الحصول عليه قبله.

في عام 1861، تم تعيين ماكسويل في لجنة المعايير، التي تم إنشاؤها لتحديد الوحدات الكهربائية الرئيسية.

بالإضافة إلى ذلك، لم يتخل ماكسويل عن الأبحاث المتعلقة بمرونة المواد الصلبة وحصل على جائزة كيث من الجمعية الملكية في إدنبره للنتائج التي تم الحصول عليها.

أثناء عمله في كينجز كوليدج لندن، أكمل ماكسويل نظريته عن المجال الكهرومغناطيسي. فكرة هذا المجال في حد ذاتها اقترحها الفيزيائي الشهير مايكل فاراداي، لكن معرفته لم تكن كافية لتقديم اكتشافه بلغة الصيغ. أصبح الوصف الرياضي للمجالات الكهرومغناطيسية المشكلة العلمية الرئيسية لماكسويل. واستنادا إلى طريقة القياس، والتي بفضلها تم تسجيل التشابه بين التفاعل الكهربائي وانتقال الحرارة في جسم صلب، قام العالم بنقل البيانات من دراسات الحرارة إلى الكهرباء وكان أول من أثبت رياضيا نقل العمل الكهربائي في واسطة.

تميز عام 1873 بنشر "رسالة في الكهرباء والمغناطيسية"، والتي تضاهي أهميتها أهمية كتاب "المبادئ الرياضية للفلسفة" لنيوتن. باستخدام المعادلات، وصف ماكسويل الظواهر الكهرومغناطيسية، وخلص إلى وجود الموجات الكهرومغناطيسية، وأنها تنتشر بسرعة الضوء، والضوء نفسه ذو طبيعة كهرومغناطيسية.

نُشرت الرسالة عندما كان ماكسويل رئيسًا لمختبر الفيزياء في جامعة كامبريدج لمدة عامين (منذ عام 1871)، وكان إنشائها يعني الاعتراف في المجتمع العلمي بالأهمية الهائلة للنهج التجريبي في البحث.

رأى ماكسويل أن تعميم العلم مهمة لا تقل أهمية. للقيام بذلك، كتب مقالات للموسوعة البريطانية، وهو العمل الذي حاول فيه أن يشرح بلغة بسيطة المفاهيم الأساسية للمادة والحركة والكهرباء والذرات والجزيئات.

في عام 1879، تدهورت صحة ماكسويل بشكل كبير. كان يعلم أنه مريض بشدة وأن تشخيصه هو السرطان. بعد أن أدرك أنه محكوم عليه بالفناء، تحمل بشجاعة الألم وواجه الموت بهدوء، والذي حدث في 5 نوفمبر 1879.

على الرغم من أن أعمال ماكسويل تلقت تقييمًا جديرًا خلال حياة العالم، إلا أن أهميتها الحقيقية لم تتضح إلا بعد سنوات، عندما أصبح مفهوم المجال راسخًا في الاستخدام العلمي في القرن العشرين، وذكر ألبرت أينشتاين أن معادلات ماكسويل للمجال الكهرومغناطيسي سبقت نظريته النسبية.

تُخلد ذكرى العالم بأسماء أحد مباني جامعة إدنبرة، والمبنى الرئيسي وقاعة الحفلات الموسيقية بجامعة سالفورد، ومركز جيمس كليرك ماكسويل التابع لأكاديمية إدنبرة. في أبردين وكامبريدج يمكنك العثور على شوارع تحمل اسمه. يضم دير وستمنستر لوحة تذكارية مخصصة لماكسويل، ويمكن لزوار معرض الفنون بجامعة أبردين رؤية تمثال نصفي للعالم. في عام 2008، أقيم نصب تذكاري برونزي لماكسويل في إدنبره.

ترتبط العديد من المنظمات والجوائز أيضًا باسم ماكسويل. أنشأ مختبر الفيزياء الذي كان يرأسه منحة دراسية لطلاب الدراسات العليا الموهوبين. يمنح المعهد البريطاني للفيزياء وسام وجائزة ماكسويل للفيزيائيين الشباب الذين قدموا مساهمات كبيرة في العلوم. جامعة لندن لديها أستاذية ماكسويل وجمعية طلاب ماكسويل. تأسست مؤسسة ماكسويل عام 1977، وتقوم بتنظيم مؤتمرات في الفيزياء والرياضيات.

وإلى جانب تكريمه، حصل ماكسويل على لقب أشهر عالم اسكتلندي في استطلاع عام 2006، وكل ذلك يشهد على الدور الكبير الذي لعبه في تاريخ العلوم.

جيمس كليرك ماكسويل

(1831.6.13، إدنبرة، - 1879.11.5، كامبريدج)

جيمس كليرك ماكسويل - فيزيائي إنجليزي، مبتكر الديناميكا الكهربائية الكلاسيكية، أحد مؤسسي الفيزياء الإحصائية، ولد في إدنبرة عام 1831.
ماكسويل هو ابن أحد النبلاء الاسكتلنديين من عائلة الكتبة النبيلة. درس في جامعات إدنبرة (1847-1850) وكامبريدج (1850-1854). عضو الجمعية الملكية بلندن (1860). أستاذ في كلية ماريشال، أبردين (1856-60)، ثم في جامعة لندن (1860-65). منذ عام 1871، كان ماكسويل أستاذًا في جامعة كامبريدج. وهناك أسس أول مختبر فيزياء بريطاني مخصص لهذا الغرض، وهو مختبر كافنديش، والذي كان مديرًا له منذ عام 1871.
تشمل أنشطة ماكسويل العلمية مشاكل الكهرومغناطيسية، النظرية الحركية للغازات، البصريات، نظرية المرونةوأكثر بكثير. أكمل ماكسويل عمله الأول "في رسم الأشكال البيضاوية والأشكال البيضاوية بالعديد من الحيل" عندما لم يكن عمره 15 عامًا بعد (1846، نُشر عام 1851). كانت بعض دراساته الأولى عبارة عن أعمال في فسيولوجيا وفيزياء رؤية الألوان وقياس الألوان (1852-72). في عام 1861، أظهر ماكسويل لأول مرة صورة ملونة تم الحصول عليها من العرض المتزامن لشرائح حمراء وخضراء وزرقاء على الشاشة، مما أثبت صحة نظرية المكونات الثلاثة لرؤية الألوان وفي نفس الوقت حدد طرق إنشاء التصوير الفوتوغرافي الملون. قام بإنشاء إحدى الأدوات الأولى لقياس الألوان الكمي، والتي تسمى قرص ماكسويل.
في 1857-59. أجرى ماكسويل دراسة نظرية لاستقرار حلقات زحل وأظهر أن حلقات زحل لا يمكن أن تكون مستقرة إلا إذا كانت تتكون من جزيئات صلبة غير مرتبطة.
في أبحاث حول الكهرباء والمغناطيسية (مقالات "حول خطوط قوة فاراداي"، 1855-1856؛ "حول خطوط القوة الفيزيائية"، 1861-1862؛ "النظرية الديناميكية للمجال الكهرومغناطيسي"، 1864؛ "دراسة أساسية في مجلدين" الكهرباء والمغناطيسية"، 1873) طور ماكسويل رياضيًا آراء مايكل فاراداي حول دور الوسط الوسيط في التفاعلات الكهربائية والمغناطيسية. لقد حاول (متبعًا فاراداي) تفسير هذه الوسيلة على أنها أثير عالمي منتشر في كل مكان، لكن هذه المحاولات لم تكن ناجحة.
أظهر التطوير الإضافي للفيزياء أن الناقل للتفاعلات الكهرومغناطيسية هو حقل كهرومغناطيسي، النظرية التي ابتكرها ماكسويل (في الفيزياء الكلاسيكية). في هذه النظرية، لخص ماكسويل كل حقائق الديناميكا الكهربائية العيانية المعروفة في ذلك الوقت وقدم لأول مرة فكرة تيار الإزاحة الذي يولد مجالًا مغناطيسيًا مثل التيار العادي (تيار التوصيل، الشحنات الكهربائية المتحركة). عبر ماكسويل عن قوانين المجال الكهرومغناطيسي في شكل نظام من 4 معادلات تفاضلية جزئية ( معادلات ماكسويل).
وقد تجلت الطبيعة العامة والشاملة لهذه المعادلات في أن تحليلها جعل من الممكن التنبؤ بالعديد من الظواهر والأنماط غير المعروفة سابقًا.
وهكذا نتج عنهم وجود الموجات الكهرومغناطيسية التي اكتشفها جي هيرتز تجريبياً فيما بعد. من خلال دراسة هذه المعادلات، توصل ماكسويل إلى استنتاج حول الطبيعة الكهرومغناطيسية للضوء (1865) وأظهر أن سرعة أي موجات كهرومغناطيسية أخرى في الفراغ تساوي سرعة الضوء.
قام بقياس (بدقة أكبر من W. Weber و F. Kohlrausch في عام 1856) نسبة وحدة الشحن الكهروستاتيكي إلى الوحدة الكهرومغناطيسية وأكد تساويها مع سرعة الضوء. تشير نظرية ماكسويل إلى أن الموجات الكهرومغناطيسية تنتج الضغط.
تم إنشاء الضغط الخفيف تجريبيًا في عام 1899 بواسطة P. N. Lebedev.
تلقت نظرية ماكسويل للكهرومغناطيسية تأكيدًا تجريبيًا كاملاً وأصبحت الأساس الكلاسيكي المقبول عمومًا للفيزياء الحديثة. لقد وصف أ. أينشتاين دور هذه النظرية بوضوح: "... وهنا حدثت نقطة تحول عظيمة، والتي ارتبطت إلى الأبد بأسماء فاراداي، ماكسويل، هيرتز. إن نصيب الأسد في هذه الثورة لماكسويل... وبعد ماكسويل تم تصور الواقع المادي على شكل مجالات متصلة لا يمكن تفسيرها ميكانيكيا... وهذا التغيير في مفهوم الواقع هو الأكثر عمقا وإثماراً من بين تلك التي أحدثتها الفيزياء وقد شهدت منذ زمن نيوتن".
في دراسات حول النظرية الحركية الجزيئية للغازات (مقالات “شروحات حول النظرية الديناميكية للغازات”، 1860، و”النظرية الديناميكية للغازات”، 1866)، كان ماكسويل أول من حل المشكلة الإحصائية لتوزيع جزيئات الغاز المثالي بالسرعة( توزيع ماكسويل). قام ماكسويل بحساب اعتماد لزوجة الغاز على السرعة ومتوسط ​​المسار الحر للجزيئات (1860)، وحساب القيمة المطلقة للأخيرة، واشتق عددًا من العلاقات الديناميكية الحرارية المهمة (1860). تم قياس معامل اللزوجة للهواء الجاف تجريبياً (1866). في 1873-1874. اكتشف ماكسويل ظاهرة الانكسار المزدوج في التدفق ( تأثير ماكسويل).
كان ماكسويل من كبار منشري العلوم. كتب عددًا من المقالات للموسوعة البريطانية، وكتبًا مشهورة مثل "نظرية الحرارة" (1870)، و"المادة والحركة" (1873)، و"الكهرباء في العرض الابتدائي" (1881)، مترجمة إلى الروسية. مساهمة مهمة في تاريخ الفيزياء هي نشر ماكسويل لمخطوطات أعمال ج. كافنديش حول الكهرباء (1879) مع تعليقات مستفيضة.

ماكسويل، جيمس كليرك - عالم رياضيات وفيزياء إنجليزي من أصل اسكتلندي. مؤسس الديناميكا الكهربائية الكلاسيكية الحديثة والنظرية الحركية للغازات. أجرى عدداً من الدراسات المهمة في الديناميكا الحرارية والفيزياء الجزيئية. وضع مبتكر النظرية الكمية للألوان أسس مبادئ التصوير الفوتوغرافي الملون.

سيرة شخصية

ولد جيمس كليرك ماكسويل في 13 يونيو 1831 في العاصمة الاسكتلندية إدنبرة. الأب جون كليرك ماكسويل. كان عضوًا في نقابة المحامين وكان يمتلك عقارًا في جنوب اسكتلندا. الأم، فرانسيس كاي، كانت ابنة قاضي محكمة الأميرالية.

توفيت والدة جيمس عندما كان في الثامنة من عمره. كان على والدي أن يربيه بمفرده. طوال حياته، احتفظ جيمس بمشاعر دافئة جدًا تجاه والده، الذي كان يعتني به دائمًا.

عندما حان الوقت ليتلقى جيمس التعليم، تمت دعوة المعلمين في البداية إلى منزله. إلا أن هؤلاء المعلمين كانوا جهلة وقحا، ولم يتم العثور على آخرين. لذلك قرر الأب إرسال ابنه إلى أكاديمية إدنبرة.

في البداية، كان الشاب ماكسويل حذرًا جدًا من الدراسة في الأكاديمية، لكنه انخرط فيها تدريجيًا. أثارت الدروس اهتمامًا حقيقيًا به، وجذبت الهندسة اهتمامًا خاصًا. لقد كان هذا العلم هو الأساس الذي نمت عليه جميع إنجازات ماكسويل العلمية المستقبلية.

أعطى ماكسويل الأكاديمية نشيد فراق، والذي غناه بعد ذلك بكل سرور أكثر من جيل من الطلاب. ثم يدخل جيمس جامعة ادنبره. هنا يدرس نظرية المرونة، وتحظى نتائج هذا العمل بتقدير كبير من قبل المتخصصين.

في عام 1850، غادر ماكسويل إلى كامبريدج، على الرغم من استياء والده من هذا القرار. في البداية درس في كلية سانت. Peter، ثم ينتقل إلى كلية ترينيتي. لقد أذهل المعلمين بمعرفته وحصل على المركز الثاني عند التخرج. بعد حصوله على درجة البكالوريوس، بقي ماكسويل في كلية ترينيتي للعمل كمدرس. خلال هذه الفترة درس مشكلة الألوان والهندسة والكهرباء. في عام 1854، في رسالة إلى أحد أصدقائه

وأعلن جيمس نيته "مهاجمة الكهرباء". لقد كان ناجحا - قريبا تم نشر العمل "على خطوط فاراداي للقوة"، وهو أحد أكبر ثلاثة أعمال ماكسويل. كان العمل الرئيسي لهذه الفترة من حياة العالم هو إنشاء نظرية الألوان. لقد أثبت تجريبيًا كيفية مزج الألوان. شكلت هذه الدراسات فيما بعد أساس التصوير الفوتوغرافي الملون.

في عام 1856، أصبح ماكسويل أستاذًا للفلسفة الطبيعية في كلية أبردين ماريشال. لقد أنشأ في الواقع قسم الفيزياء هنا من الصفر. في عام 1858، تزوج ماكسويل من كاثرين ماري ديوار، التي كانت ابنة رئيس كلية ماريشال.

خلال هذه الفترة، كان العالم منخرطا في حساب حركة حلقات زحل، ونشر أطروحة "عن استقرار حركة حلقات زحل". أصبح هذا العمل فيما بعد كلاسيكيًا.

وفي الوقت نفسه، ركز ماكسويل على النظرية الحركية للغازات. وفي يونيو 1860، قدم تقريرًا حول هذا الموضوع في اجتماع الجمعية البريطانية في أكسفورد.

وفي عام 1860 أيضًا، كان على ماكسويل أن يودع أستاذه في كلية ماريشال. بعد فترة وجيزة، تمت دعوته إلى King's College لمنصب أستاذ في قسم الفلسفة الطبيعية.

في 17 مايو 1861، أظهر العالم أول صورة ملونة في العالم. بعد مائة عام، أثبتت شركة كوداك أن ماكسويل كان محظوظا في ذلك الوقت - كان من المستحيل الحصول على صور خضراء وحمراء باستخدام طريقته، تم تشكيل هذه الألوان عن طريق الصدفة. ومع ذلك، ظلت المبادئ صحيحة، وإن كان مع أخطاء طفيفة.

بعد ذلك، يركز ماكسويل على دراسة الكهرومغناطيسية. تم نشر أعمال "على خطوط القوة الفيزيائية" و"النظرية الديناميكية للمجال الكهرومغناطيسي". ومنذ ذلك الوقت وحتى نهاية حياته عمل العالم على حل مشاكل القياسات الكهربائية.

في عام 1865، تدهورت صحة ماكسويل، وفي العام التالي غادر لندن متوجهاً إلى منزله في غلينلار. في عام 1867 ذهب إلى إيطاليا لتحسين صحته. وفي هذه الفترة تم نشر كتابي “نظرية الحرارة” و”نظرية الحرارة”.

في عام 1871، أصبح ماكسويل أستاذًا في جامعة كامبريدج. بعد عامين، أنهى العالم عمل حياته كلها - مقالة من مجلدين عن الكهرباء والمغناطيسية. ثم صدر كتاب "المادة والحركة".

من عام 1874 إلى عام 1879، قام ماكسويل بمعالجة أعمال هنري كافنديش، والتي قدمها له دوق ديفونشاير رسميًا.

بحلول هذا الوقت، كانت صحته تتدهور بشكل كبير. وسرعان ما تم تشخيص السرطان. في 5 نوفمبر 1879، توفي جيمس كليرك ماكسويل. ودفن جثمانه في قرية بارتون بجوار والديه.

إنجازات ماكسويل الرئيسية

• خلال حياة ماكسويل، لم يتم تقدير العديد من أعماله بشكل صحيح، ولكن في وقت لاحق أخذ عمله مكانه الصحيح في تاريخ العلوم.
• أصبح البحث في مجال نظرية المجال الكهرومغناطيسي أساس فكرة المجال في فيزياء القرن العشرين. وقد أشار إلى ذلك العديد من العلماء، ومن بينهم ليوبولد إنفيلد، وألبرت أينشتاين، ورودولف بيرلز.
• المساهمة في النظرية الحركية الجزيئية.
• تطوير الأساليب الإحصائية التي ساهمت في تطوير الميكانيكا الإحصائية. صاغ مصطلح "الميكانيكا الإحصائية".
• خلق نظرية اللون. النظرية الكهرومغناطيسية للضوء.
• تطوير النظرية الديناميكية للغازات.

تواريخ مهمة في سيرة ماكسويل

• 13 يونيو 1831 - في إدنبرة.
• 1841 – القبول في أكاديمية إدنبرة.
• 1846 - أول عمل علمي "حول خصائص الأشكال البيضاوية والمنحنيات ذات البؤر المتعددة".
• 1847 – القبول في جامعة إدنبرة.
• 1850 – تقرير “حول توازن الأجسام المرنة”. القبول في جامعة كامبريدج.
• 1854 – التخرج من الجامعة. بداية النشاط الأستاذى .
• 1856 - وفاة الأب. أصبح ماكسويل عضوًا في الجمعية الملكية في إدنبرة.
• 1857 - عمل "على خطوط قوة فاراداي".
• 1858 - تزوج من كاثرين ماري ديوار.
• 1859 - أول مقال عن النظرية الحركية للغازات.
• 1860 – أستاذ الفيزياء في جامعة لندن.
• 1860 - حصل على وسام رمفورد للبحث في البصريات والألوان.
• 1861 – أول صورة ملونة في العالم.
• 1861-1864 – نشر أعمال “النظرية الديناميكية للمجال الكهرومغناطيسي”، “على الخطوط المادية للقوى”.
• 1865 – الانتقال إلى جلينلير.
• 1867 - رحلة إلى إيطاليا.
• 1871 – أستاذ الفيزياء التجريبية في جامعة كامبريدج.
• 1873 – نشر أعمال “المادة والحركة”، “رسالة في الكهرباء والمغناطيسية”.
• 1874 - بدأ مختبر كافنديش عمله.
• 1878-1879 - نشر مقالات "حول الضغوط الناشئة في الغازات المتخلخلة بسبب عدم المساواة في درجات الحرارة"، "التحليل التوافقي".
• 5 نوفمبر 1879 - توفي جيمس كليرك ماكسويل في منزله في كامبريدج.

• السمة الوحيدة لتضاريس كوكب الزهرة التي تحمل اسم رجل هي سلسلة جبال جيمس ماكسويل.
• في المدرسة، كان ماكسويل يعرف القليل جدًا من الرياضيات.
• وبعد تلقيه رسالة بشأن الحضور الإلزامي في إحدى قداسات جامعة كامبريدج، قال: "سأذهب إلى الفراش في هذا الوقت فقط".
• كان يحب أداء الأغاني الاسكتلندية، ويرافق نفسه على الجيتار.
• في سن الثامنة، كان بإمكانه أن يقتبس تقريبًا أي آية من كتاب المزامير.