Джеймс Максвелл

Биография

Шотландский физик Джеймс Максвелл (James Maxwell) считался универсальным ученым. Среди его достижений – заложение основ кинетической теории газов, система уравнений для описания связи электрических и магнитных полей, выяснение состава колец Сатурна, показ первой цветной фотографии. Его вклад в науку не был оценен по достоинству при жизни, на труды члена Лондонского королевского общества в дальнейшем опирались в своих открытиях Генрих Герц, Гульельмо Маркони, Альберт Эйнштейн, Никола Тесла.

Детство и юность

Ученый принадлежал к древнему шотландскому роду. Джеймс Клерк Максвелл родился 13 июня 1831 года в Эдинбурге. Детство мальчика прошло в доме в Гленлэре, в горах. Его отец Джон после смерти в младенческом возрасте дочери Элизабет занимался воспитанием сына и ведением хозяйства. В сохранившейся переписке с родственниками мужчина рассказывал о любопытстве наследника. Ребенок был занят дверями и замками, пытался выяснить, куда уходят провода от звонков и как вода из пруда попадает в реку.

Мать Фрэнсис играла на органе и сочиняла музыку. Она умерла в 1839 году в возрасте 47 лет. Джеймса воспитывали тети. Женщины обнаружили, что нанятый для занятий наставник часто прибегал к грубым наказаниям подопечного: бил его линейкой по голове и дергал уши до крови. В 1841-м отец отказался от домашнего образования для сына.

После переезда в город мальчик учился в Эдинбургской академии. В этот период своей биографии ученый столкнулся с издевательствами. Одноклассники высмеивали его башмаки с квадратными носами до тех пор, пока Джеймс не дал отпор обидчикам. Дома Максвелл мастерил модели и читал старые баллады.

Научное общество Шотландии заговорило о юноше, когда ему исполнилось 14 лет. Джеймс, вдохновленный орнаментами декоратора Дэвида Хэя, представил работу о родственных кривых. Отец Максвелла показал результаты преподавателю физики Джеймсу Форбсу, тот прочитал материал на заседании Эдинбургского королевского общества. Осенью 1847 года шотландец поступил в университет, где ему дали возможность экспериментировать с приборами.

Научная карьера Джеймса Максвелла

Джеймс Максвелл заложил основы современной классической электродинамики и за свою карьеру получил ряд важных результатов в молекулярной физике. Кроме того, он занимался популяризацией науки, хотя и не достиг успехов в преподавательской деятельности.

Кембридж

Максвелл переехал в Кембридж в 1850 году, молодого человека зачислили в Тринити-колледж. В университете парень слушал лекции Джорджа Стокса, который занимался оптикой и механикой жидкостей, вступил в дискуссионное общество студентов. В 1854-м Джеймс представил работу об изменении формы поверхности при изгибании. Одновременно он проводил опыты с цветом.

В 1855-м студент презентовал исследование теории, согласно которой цветовое ощущение складывается из нескольких составляющих. В дальнейшем колледж поручил Джеймсу чтение лекций по гидростатике и оптике. Максвелл также работал над силовыми линиями Майкла Фарадея.

В 1856 году Форбс сообщил молодому человеку новость об освободившейся вакансии в Абердине, где умер профессор натурфилософии. Максвелл обсуждал переезд в Шотландию с отцом, рассчитывал проводить каникулы дома. Мужчина сильно болел и нуждался в уходе. Он скончался до известия о назначении сына в университет.

Абердин

В Абердин Максвелл попал в возрасте 25 лет и возглавил кафедру. На его курсе в общей сложности училось 49 человек, большинство из семей торговцев и ремесленников. На второй год преподаватель читал дополнительные лекции по вечерам рабочим.

Embed from Getty Images

Британский физик Джеймс Максвелл

Параллельно Джеймс занимался опытами. В Абердине ученый изучал кольца Сатурна, доказав, что они состоят из множества отдельных частиц. За это открытие в 1857 году молодой человек получил премию Адамса. Преподаватель создал прибор, который позволял менять распределение массы и наблюдать, что происходит с вращающимся телом. Сейчас этот волчок хранится в Национальном музее Шотландии.

В 1859 году Максвелл представил доклад о движении молекул газа. Давление на стенке сосуда складывалось из множества ударов. По отдельности они были различными, а для всего газа при заданных условиях получалась измеряемая величина. Модель столкновений Джеймс продолжал исследовать несколько лет.

Пока он готовил к печати новый труд, решалась судьба кафедры – состоялось объединение с другим учебным заведением. Уроженец Эдинбурга лишился должности, его место занял профессор Дэвид Томсон. Спустя годы родился миф о плохом преподавании Джеймса, однако эта гипотеза не подтверждается фактами.

Лондон

В 1860-м Джеймс тяжело переболел оспой. После выздоровления он получил работу в Лондоне. В обязанности профессора входили вечерние лекции для ремесленников, опыты ученый проводил дома. Для работы со спектром Максвелл установил большой черный ящик, который соседи принимали за гроб.

Через год состоялся знаменитый показ в Королевском институте Лондона. На демонстрации впервые увидели цветные фотографии. На лекции изображения спроецировали одно поверх другого, каждая пластина несла черно-белое изображение. Максвелл измерил, в каких пропорциях нужно смешать свет, чтобы глаз человека увидел определенный оттенок.

Другая работа связала ученого с инженерами. Телеграфная компания прокладывали подводные кабели, ей требовались согласованные измерения сопротивления проводника и изоляции.

Под влиянием идей Фарадея Максвелл пришел к выводу, что магнетизм имеет вихревую природу, а электрический ток – поступательную. Джеймс пытался дать точное математическое выражение всему, что известно об электромагнетизме, обходясь без гипотезы об устройстве среды. Ток смещения привел к уравнению непрерывности для электрического заряда. В 1864-м вышла рукопись «Динамическая теория электромагнитного поля». Через год преподаватель покинул кафедру и вернулся в Шотландию. Физик столкнулся с проблемами при поддержке дисциплины на лекциях и решил сконцентрироваться на научной работе.

Гленлэр

В имении ученый занимался вопросами кинетической теории. В результате опытов он отказался от представления о молекулах как об упругих шариках. Максвелл поставил вопрос о втором начале термодинамики. Так родился парадокс, известный сейчас как «демон Максвелла».

Еще одна работа тех лет начиналась с машины, у которой менялась скорость. Паровой двигатель должен был работать ровно, хотя нагрузка на него могла вырасти или упасть. Джеймс рассматривал, при каких параметрах отклонения затихали.

В Гленлэре владелец имения писал книгу об электричестве и магнетизме, ученый переписывался с коллегами из Кембриджа. В 1871 году Максвелл узнал о новой кафедре экспериментальной физики, его назначения ждали влиятельные люди в университете. Джеймс приступил к исполнению обязанностей 8 марта.

Кавендишская лаборатория

Кембридж много лет готовил математиков, у университета не было места, где студенты могли бы систематически заниматься опытами по физике. Так родилась идея создания Кавендишской лаборатории. Деньги на строительство выделил Уильям Кавендиш, Максвелл участвовал в планировке помещений и подбирал приборы. Первые опыты начали ставить в 1874-м. Лекции преподавателя шли по расписанию, которое сохранялось годами.

В это время вышли два тома «Трактата об электричестве и магнетизме». Максвелл собрал в книге материал от электростатики до распространения электромагнитных возмущений. Ученый особо отметил роль Уильяма Томсона. Последние работы Джеймса были посвящены термодинамике и молекулярной физике.

Личная жизнь

Максвелл был счастлив в личной жизни. Его жена – Кэтрин Мэри Дьюар, была старше мужа на 7 лет. Пара сыграла свадьбу в июне 1858 года в Абердине. Детей у супругов не было.

Свободное время муж и жена предпочитали проводить вместе, во время непродолжительной разлуки они вели переписку. Иногда Джеймс отправлял Кэтрин два письма в день. Вечерами Максвелл читал любимой вслух произведения Уильяма Шекспира и Эдмунда Спенсера. Их также объединяла религия, они размышляли над цитатами из Библии.

Кэтрин участвовала в научных исследованиях мужа, хотя не имела специального образования. Во время экспериментов с вязкостью газов женщина часами поддерживала огонь в лаборатории. Максвелл называл жену своей лучшей половиной и приписывал ей открытие кинетической теории. После смерти мужа она участвовала в разборе его личных бумаг и переписки, передала часть наследия в архив Кавендишской лаборатории.

Джеймс Максвелл с женой / Фото: Wikipedia.org

Увлечениями ученого считались верховая езда и разведение собак. Еще одним хобби стала поэзия. Максвелл писал религиозные стихи и шуточные песни, часть стихотворений посвящены супруге. В одной из своих пародий Джеймс пытался переосмыслить творчество Роберта Бёрнса. Он любил каламбуры и розыгрыши, в шутку использовал в повседневной жизни научные термины.

Смерть Джеймса Максвелла

Шотландский физик отличался крепким здоровьем. В 1877 году у него появились проблемы с пищеварением, ученый жаловался на болезнь в переписке. Несмотря на тревожные симптомы, Джеймс отказывался от полноценного обследования у медиков. Чтобы справиться с болью, Максвелл выпивал после еды воду с кристаллами карбоната натрия.

К 1879-му Джеймс сильно похудел и утратил привычную бодрость. Максвелл отправился в семейное имение, предполагалось, что деревенский воздух поможет восстановить ему силы. В октябре состояние здоровья ухудшилось, ученого мучили постоянные боли. Врач сообщил, что преподавателю осталось жить не более месяца. В это время сильно заболела жена Кэтрин. Джеймс перед смертью хотел убедиться, что она не останется без помощи. Супруги переехали в Кембридж.

Максвелл умер 5 ноября в возрасте 48 лет. Причиной смерти стал рак брюшной полости. От этого заболевания скончалась его мать. Последнее обращение к врачу касалось заботы о жене.

Прощание с ученым состоялось в часовне Тринити-колледжа. Затем тело перевезли в Шотландию. Джеймса Максвелла похоронили на кладбище в Партоне, рядом с могилами родителей. Кэтрин прожила еще 7 лет и умерла в 1886 году. Значительная часть ее состояния по завещанию предназначалось Университету Кембриджа.

Интересные факты

В молодости Максвелл задумывался о профессии адвоката.
В 1865 году физик сильно заболел. Во время прогулки верхом ветка поцарапала ему голову, развилось воспаление. За супругом ухаживала жена, она читала ему отрывки из Священного Писания.
Не имея собственных детей, ученый любил развлекать соседских ребят. Он придумывал для них игры и механические приспособления.
В детстве у Джеймса был терьер по кличке Тоби. Впоследствии своих собак ученый называл этим именем.
Помимо английского, шотландец овладел французским, немецким и итальянским языками.

Сейчас читают