Версия для печати

Известный английский физик Джеймса Клерк Максвелла родился 13 июня 1831 года. Ученый предсказал существование электромагнитных волн, выдвинул идею электромагнитной природы света, установил первый статистический закон – закон распределения молекул по скоростям, названный его именем. Уравнения Максвелла, описывающие электромагнитные явления в произвольных средах и в вакууме, являются основными уравнениями классической макроскопической электродинамики Любовь к науке Джеймсу Максвеллу привил его отец – шотландский дворянин, который, занимаясь адвокатской работой, много времени посвящал естествознанию.
С самого детства мальчик разделял с ним занятия и научные эксперименты, которые они проводили в своем родовом поместье – вели астрономические наблюдения, конструировали небесный глобус, читали научную литературу. Получив домашнее образование, Максвелл продолжил учебу в школе, называемой «Эдинбургская академия», куда был зачислен в 1841 году. Поначалу его успехи в классе были вовсе не блестящими – Джеймсу было попросту скучно.
Одним из самых ярких событий, изменившим его отношение к учебе, стало посещение вместе с отцом Эдинбургского Королевского общества, где были выставлены первые «электромагнетические машины». Впоследствии эти посещения стали регулярными, и именно здесь Максвелл получил первые понятия о совершенстве симметрии, закономерных превращениях геометрических тел, математике и физике. Поэтому, когда пришло время экзаменов, ученики академии поразились – «дуралей», как они называли Максвелла, стал одним из первых. Ему было 15 лет, когда его первая научная работа была доложена на заседании Эдинбургского Королевского общества, а затем и опубликована. Статья называлась «О черчении овалов» и предлагала совершенно новый и простой способ черчения многогранных фигур.
В 1847 году Максвелл поступил в Эдинбургский университет, где проучился три года. Здесь Джеймс пишет содержательные трактаты и занимается интересными оптико-механическими экспериментами. В 1850 году девятнадцатилетний студент выступил с докладом на заседании Эдинбургского Королевского общества, в котором дал оригинальные решения 14 задач из области сопротивления материалов. Его идеи и исследования в различных областях естествознания открывают ему дорогу в Кембриджский университет, куда он поступил в 1850 году. В Кембридже он пишет несколько статей в «Кембриджский и Дублинский математический журнал», поражает своих новых друзей способностью буквально на лету усваивать сложнейшие теоретические вопросы.
Среди наиболее выдающихся ученых, по достоинству оценивших талант Джеймса, были его наставник, профессор Вильям Томсон (позднее удостоенный за большие научные заслуги титула лорда Кельвина) и профессор математики, автор известной теоремы Стокса – Габриэль Стокс, который занимал в Кембридже тот же пост, что в свое время Ньютон. Стокс успешно разрабатывал проблему распространения поперечных световых волн в эфире, что было шагом на пути к будущей теории Максвелла. В январе 1854 года Д. Максвелл заканчивает с отличием университет, получив степень бакалавра. Он решает остаться в Кембридже для подготовки к профессорскому званию. Теперь он продолжает исследования в области оптики и читает лекции из этой области наиболее одаренным студентам. Особенно его интересует вопрос об основных цветах.
Первая статья Максвелла называлась «Теория цветов в связи с цветовой слепотой» и была даже собственно не статьей, а письмом. Максвелл отправил его доктору Вильсону, а тот счел письмо настолько интересным, что поместил его целиком в свою книгу, посвященную цветовой слепоте. Но вскоре Максвелл приходит к выводу, что оптика все меньше интересует его. Внимание молодого ученого приковано к области «интригующей непонятности» – электричеству. Атака на электричество Много лет назад в самодельной лаборатории Максвеллов можно было увидеть и самодельные магниты, и гальванические элементы. Еще в Эдинбургском университете Джеймс Максвелл подробно анализирует исследования Ампера и Фарадея. И вот, наконец, в письме Томсону он пишет о своем желании начать «атаковать электричество».
В 1855 году, когда Джеймс Максвелл начал исследования электрических и магнитных явлений, многие из них уже были хорошо изучены: в частности, установлены законы взаимодействия неподвижных электрических зарядов (закон Кулона) и токов (закон Ампера); доказано, что магнитные взаимодействия есть взаимодействия движущихся электрических зарядов.
Большинство ученых того времени склонялись к «теории дальнодействия», считая, что взаимодействие передается мгновенно, непосредственно через пустоту. Однако Фарадей считал, что электрический заряд создает в окружающем пространстве электрическое поле, которое влияет на другие заряды, и наоборот. Само же распределение электрических и магнитных полей в пространстве Фарадей описывал с помощью силовых линий, напоминающих обычные упругие линии в гипотетической среде – мировом эфире. Максвелл разделял идеи Фарадея, но вместе с тем понимал, что гениальные фарадеевские магнитные линии непригодны для расчетов. Поэтому первое, что он сделал – придал им математическую форму. Выяснилось, что с введением понятия поля законы Кулона и Ампера стали выражаться наиболее полно.
В явлении электромагнитной индукции Максвелл усмотрел новое свойство полей: переменное магнитное поле порождает в пустом пространстве электрическое поле с замкнутыми силовыми линиями (так называемое вихревое электрическое поле). Максвеллом также была высказана гениальная догадка о том, что переменное электрическое поле порождает магнитное поле, как и обычный электрический ток (гипотеза о токе смещения). Им были опубликованы статьи «О фарадеевых силовых линиях» (1855–56), (1861–62), «Динамическая теория электромагнитного поля» (1869).
Таким образом, к 1869 году все основные закономерности поведения электромагнитного поля были установлены и сформулированы в виде системы четырех уравнений, получивших название «уравнений Максвелла» и широко используемых в наши дни. В одном из них Максвелл формулирует закон электромагнитной индукции, утверждая, что электродвижущая сила, возникающая в контуре при изменении магнитного потока, пропорциональна скорости изменения этого потока. Из уравнений также следовал фундаментальный вывод: конечность скорости распространения электромагнитных взаимодействий. Скорость оказалась равной скорости света в вакууме: 300 000 км/с. Отсюда Максвелл сделал заключение, что свет есть форма электромагнитных волн. Исследования были завершены выходом в свет двухтомного «Трактата об электричестве и магнетизме» (1873), который считают главным научным трудом Д.К. Максвелла.
Другие работы Сфера научных интересов Д.К. Максвелла не ограничивалась только лишь оптикой и электричеством. Как всякий гениальный ученый, он пытался разрешить и множество других задач. Например, исследуя молекулярнокинетическую теорию газов, Максвелл открыл закон распределения молекул по скоростям («распределение Максвелла»). Рассчитал значения вязкости газов в зависимости от скоростей и длины свободного пробега молекул, вывел ряд соотношений термодинамики, занимался теорией упругости и теоретически исследовал кольца Сатурна.
В 1870 году Максвелл избран почетным доктором литературы Эдинбургского университета. С этого же года он возглавил знаменитую Кавендишскую лабораторию.
В 1874 году избран иностранным почетным членом Американской академии искусств и наук в Бостоне, в 1875 году – членом Американского философского общества в Филадельфии, а также почетным членом академий Нью-Йорка, Амстерда ма, Вены. Максвелл написал ряд статей для Британской энциклопедии и популярные книги: «Теория теплоты» (1870), «Материя и движение» (1873), «Электричество в элементарном изложении» (1881), которые были переведены на русский язык; в 1879 году он опубликовал труды Г. Кавендиша по электричеству, снабдив их обширными комментариями.
Скончался Джеймс Максвелл 5 ноября 1879 года. Он похоронен в скромной могиле рядом с его любимой церковью в шотландской деревушке, недалеко от родового поместья. Труды Максвелла намного опередили его время, недаром электромагнитная теория не сразу была понята и оценена его современниками. Лишь через 10 лет после смерти ученого Генрих Герц создал вибратор и резонатор, с помощью которых получил электромагнитные волны и исследовал их свойства. Только тогда величие и бессмертие творений Максвелла стали очевидными, и его теория получила всеобщее признание.

Источник: журнал "Электро-info"

Близкие материалы сайта

Поддержка