James Clerk Maxwell

James Clerk Maxwell (Džejms Klerk Maksvel) (Edinburgh, 13. juni 1831. - Cambridge, 5. novembar 1879.), bio je škotski fizičar i matematičar koji je bio odgovoran za klasičnu teoriju elektromagnetnog zračenja, koja je bila prva teorija koja je opisala elektricitet, magnetizam i svjetlost kao različite manifestacije istog fenomena. Maxwellove jednačine za elektromagnetizam postigle su drugo veliko ujedinjenje u fizici,Nahin, P.J. (1992). "Maxwell's grand unification". IEEE Spectrum. 29 (3): 45. Bibcode:1992IEEES..29c..45N. doi:10.1109/6.123329. S2CID 28991366. gdje je prvo ostvario Isaac Newton. Maxwell je također bio ključan u stvaranju statističke mehanike.Keithley, Joseph F. (1999). The Story of Electrical and Magnetic Measurements: From 500 BC to the 1940s. New York: IEEE Press. p. 180. ISBN 978-0-7803-1193-0.

Njegova istraživanja obuhvataju mnoge grane fizike. Najvažnija je elektrodinamika u kojoj je matematički formulirao Faradayeva okrića. Objavljivanjem djela "Dinamička teorija elektromagnetskog polja" 1865. godine, Maxwell je pokazao da se električna i magnetska polja šire kroz prostor kao valovi koji se kreću brzinom svjetlosti. Teorijski je dokazao da je svjetlost elektromagnetska pojava. Ujedinjenje svjetlosnih i električnih pojava dovelo je do njegovog predviđanja postojanja radio valova, a rad je sadržavao njegovu konačnu verziju njegovih jednačina, na kojima je radio od 1856. godine (Maxwellove jednačine).Longair, Malcolm (13 April 2015). "'…a paper …I hold to be great guns': a commentary on Maxwell (1865) 'A dynamical theory of the electromagnetic field'". Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 373 (2039) 20140473. Bibcode:2015RSPTA.37340473L. doi:10.1098/rsta.2014.0473. ISSN 1364-503X. PMC 4360095. PMID 25750155. Kao rezultat njegovih jednačina i drugih doprinosa, poput uvođenja efikasne metode za rješavanje problema mreže i linearnih provodnika, smatra se osnivačem modernog područja elektrotehnike. Godine 1871. Maxwell je postao prvi Cavendishov profesor fizike, gdje je ostao do svoje smrti 1879. godine.

Pored Ludwiga Boltzmanna (Bolcman) i Rudolfa Clausiusa (Klauzius), Maxwell se smatra i osnivačem kinetičke teorije plinova. Prvi je izveo Maxwell-Boltzmannovu distribuciju, statistički način opisivanja aspekata navedene teorije, na kojoj je povremeno radio tokom svoje karijere, čime je formulirao zakon raspodjele brzine molekula u plinu.Biografija s stranice biography.com učitano 13.6.2014 Biografija s stranice njemačkog univerziteta iz   Erlangena učitano 13.6.2014  Također je poznat po predstavljanju prve trajne fotografije u boji 1861. godine i pokazao je da se bilo koja boja može proizvesti mješavinom bilo koje tri osnovne boje, a to su crvena, zelena i plava, što je osnova za televiziju u boji.

Radio je na analizi krutosti štapno-zglobnih okvira (rešetki) poput onih u mnogim mostovima. Osmislio je modernu dimenzionalnu analizu i pomogao u uspostavljanju CGS sistema mjerenja.Taylor, Barry N., ed. (2001). The International System of Units (SI) (PDF) (7th ed.). National Institute of Standards and Technology. p. 2.Bramwell, Steven T. (2 August 2017). "The invention of dimension". Nature Physics. 13 (8): 820. Bibcode:2017NatPh..13..820B. doi:10.1038/nphys4229. ISSN 1745-2481. S2CID 125401842. Pripisuje mu se da je bio jedan od pionira u razumijevanju haosa i među prvima naglasio efekat leptira.Hunt, Brian R.; Yorke, James A. (1993). "Maxwell on Chaos" (PDF). Nonlinear Science Today. 3 (1). Ispravno je predložio da su Saturnovi prstenovi sastavljeni od mnogih nepričvršćenih malih fragmenata.Bittanti, Sergio (2 December 2015). "James Clerk Maxwell, a precursor of system identification and control science". International Journal of Control. 88 (12): 2427–2432. Bibcode:2015IJC....88.2427B. doi:10.1080/00207179.2015.1098783. hdl:11311/983132. ISSN 0020-7179. Njegov rad O guvernerima iz 1863. godine služi kao važna osnova za teoriju upravljanja i kibernetiku, a bio je i najranija matematička analiza sistema upravljanja.Mayr, Otto (1971). "Maxwell and the Origins of Cybernetics". Isis. 62 (4): 425–444. doi:10.1086/350788. ISSN 0021-1753. JSTOR 229816. Godine 1867. predložio je misaoni eksperiment poznat kao Maxwellov demon.Hemmo, Meir; Shenker, Orly (7 March 2016). Maxwell's Demon. Oxford University Press. doi:10.1093/oxfordhb/9780199935314.013.63. U svom ključnom radu iz 1867. godine, O dinamičkoj teoriji gasova, uveo je Maxwellov model za opisivanje ponašanja viskoelastičnog materijala i osmislio Maxwell-Cattaneovu jednačinu za opisivanje transporta toplote u mediju.

Njegova otkrića pomogla su u rađanju ere moderne fizike, postavljajući temelje za oblasti poput relativnosti, a također su i uvela taj termin u fiziku i kvantnu mehaniku.Qadir, Asghar; Mason, D. P. (2015). "Sesquicentennial of the presentation by James Clerk Maxwell of his paper "A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field" to the Royal Society of London". International Journal of Modern Physics: Conference Series. 38: 1560070. Bibcode:2015IJMPS..3860070Q. doi:10.1142/S2010194515600708. ISSN 2010-1945. Mnogi fizičari smatraju Maxwella naučnikom XIX vijeka koji je imao najveći uticaj na fiziku XX vijeka. Njegov doprinosi nauci mnogi smatraju jednako važnima kao i doprinose Isaaca Newtona i Alberta Einsteina.Tolstoy, Ivan (1981). James Clerk Maxwell: a biography. Chicago: University of Chicago Press. p. 2. ISBN 0-226-80785-1. OCLC 8688302. Na stogodišnjicu Maxwellovog rođenja, Einstein je njegov rad opisao kao "najdublji i najplodniji koji je fizika doživjela od Newtonovog vremena". Kada je Einstein posjetio Univerzitet u Cambridgeu 1922. godine, njegov domaćin mu je rekao da je učinio velike stvari jer je stajao na Newtonovim ramenima; Einstein je odgovorio: "Ne, ne stojim. Stojim na Maxwellovim ramenima."Mary Shine Thompson, 2009, The Fire l' the Flint, p. 103; Four Courts Tom Siegfried opisao je Maxwella kao "jednog od onih genijalaca koji su fizički svijet percipirali oštrijim čulima od drugih oko sebe".Siegfried, Tom (2006). A Beautiful Math: John Nash, Game Theory, and the Modern Quest for a Code of Nature. Joseph Henry Press. p. 135. ISBN 978-0-309-10192-9.

 Djetinjstvo i obrazovanje 
 Rano djetinjstvo 
Rođen je 13. juna 1831. godine[24] u Edinburghu, kao sin Johna Clerka Maxwella iz Middlebiea, advokata, i Frances Cay,Waterston, Charles D; Macmillan Shearer, A. (July 2006). Former Fellows of the Royal Society of Edinburgh 1783–2002: Biographical Index (PDF). Vol. II. Edinburgh: The Royal Society of Edinburgh. p. 633. ISBN 978-0-902198-84-5. kćerke Roberta Hodshona Caya i sestre Johna Caya. (U njegovom rodnom mjestu sada se nalazi muzej kojim upravlja Fondacija Jamesa Clerka Maxwella.) Njegov otac bio je imućna osoba iz porodice Clerk iz Penicuika, nositelja baronetstva Clerka iz Penicuika. James je bio rođak umjetnice Jemime Blackburn (kćerke očeve sestre) i građevinskog inženjera Williama Dycea Caya (sina majčinog brata). Cay i Maxwell bili su bliski prijatelji.

Maxwellovi roditelji su se upoznali i vjenčali kada su imali preko trideset godina;Tolstoy, Ivan (1981). James Clerk Maxwell: a biography. Chicago: University of Chicago Press. p. 11. ISBN 0-226-80785-1. OCLC 8688302. njegova majka je imala skoro 40 godina kada ga je rodila. Imali su jedno ranije dijete, kćerku po imenu Elizabeth, koja je umrla u djetinjstvu.

U Maxvellovoj ranoj mladosti porodica mu se preselila se u Glenlair, u Kirkcudbrightshireu, na imanje od 610 hektara.Sve ukazuje na to da je Maxwell od malih nogu pokazivao veliku znatiželju za svijet oko sebe. U jednom pismu njegova majka je opisala njegovo ponašanje:

Prepoznajući dječakov potencijal, majka Frances preuzela je odgovornost za njegovo rano obrazovanje, što je u viktorijansko doba uglavnom bio posao žene u kući.Tolstoy, Ivan (1981). James Clerk Maxwell: a biography. Chicago: University of Chicago Press. pp. 15–16. ISBN 0-226-80785-1. OCLC 8688302. Sa osam godina mogao je recitirati duge odlomke Johna Miltona i cijeli 119. psalam (176 stihova). Majka mu je oboljela od raka abdomena i, nakon neuspješne operacije, umrla u decembru 1839. godine kada je imao osam godina. Njegovo obrazovanje su tada nadgledali njegov otac i očeva snaha Jane. Formalno školovanje započelo je neuspješno pod vodstvom 16-godišnjeg angažovanog tutora. Malo se zna o tom mladiću, osim da je grubo postupao s mlađim dječakom, korivši ga zbog sporosti i neposlušnosti. Tutor je otpušten u novembru 1841. Jedno od bitnih iskustava u mladosti bilo je kada ga je otac odveo na demonstraciju električnog pogona i magnetske sile koju je Robert Davidson izveo 12. februara 1842. godine.Anthony F. Anderson (11 June 1981) Forces of Inspiration Archived 2 December 2021 at the Wayback Machine, The New Scientist, pages 712,3

Maxwellov otac je nakon majčine smrti svom sinu obezbijedio skupo školsko obrazovanje. Maxwell je studirao matematiku i fiziku koje je 1854. diplomirao. Godinu dana kasnije objavljuje svoj rad koji je bio temeljan za jednačine koje su kasnije objavljene.

Godine 1841., u dobi od deset godina, Maxwell je poslan u prestižnu Akademiju u Edinburghu.Campbell, Lewis; Garnett, William (1882). The Life of James Clerk Maxwell, pp. 19–21. Edinburgh: MacMillan. OCLC 2472869. Tokom školske godine odsjeo je u kući svoje tetke Isabelle. Maxwell, odrastao u izolaciji na seoskom imanju svog oca, nije se dobro uklapao u školu. Njegovi maniri i Galloway naglasak djelovali su drugim dječacima rustično. Društvena izolacija na Akademiji završila je kada je upoznao Lewisa Campbella i Petera Guthrieja Taita, dva dječaka sličnih godina koji će kasnije u životu postati značajni naučnici. Ostali su doživotni prijatelji.

Bio je fasciniran geometrijom u ranoj dobi, ponovo otkrivajući pravilne poliedre prije nego što je primio bilo kakvo formalno obrazovanje. Njegov akademski rad postao je zapažen kada je sa 13 godina, nije osvojio školsku matematičku medalju i prvu nagradu za engleski jezik i poeziju.

Maxwellova interesovanja su se kretala daleko izvan školskog programa i nije posvećivao posebnu pažnju rezultatima na ispitima. Svoj prvi naučni rad napisao je u dobi od 14 godina. U njemu je opisao mehanički način crtanja matematičkih krivih pomoću kanapa, te svojstva elipsa, kartezijanskih ovala i srodnih krivih s više od dva fokusa. Rad iz 1846. godine, "O opisu ovalnih krivulja i onih koje imaju više fokusa", predstavio je Kraljevskom društvu u Edinburghu James Forbes, profesor prirodne filozofije na Univerzitetu u Edinburghu, jer je Maxwell smatran premladim da sam predstavi rad. Rad nije bio u potpunosti originalan, budući da je René Descartes također ispitivao svojstva takvih multifokalnih elipsa u XVII vijeku, ali je Maxwell pojednostavio njihovu konstrukciju.

Maxwell je napustio Akademiju 1847. godine u dobi od 16 godina i počeo pohađati nastavu na Univerzitetu u Edinburghu.Harman, Peter M. (2004). "Maxwell, James". Oxford Dictionary of National Biography (online ed.). p. 662. Oxford University Press. doi:10.1093/ref:odnb/5624. Imao je priliku da pohađa Univerzitet u Cambridgeu, ali je nakon prvog semestra odlučio da završi cijeli dodiplomski studij u Edinburghu. Akademsko osoblje univerziteta uključivalo je neka visoko cijenjena imena; među njegovim tutorima na prvoj godini bili su Sir William Hamilton, koji mu je držao predavanja o logici i metafizici, Philip Kelland o matematici i James Forbes o prirodnoj filozofiji. Predavanja mu nisu bila zahtjevna, te je stoga mogao da se posveti privatnom učenju tokom slobodnog vremena na univerzitetu, a posebno kada se vratio kući u Glenlair.Campbell 1882, p. 64 Tamo je eksperimentisao sa improviziranim hemijskim, električnim i magnetnim aparatima; međutim, njegova glavna briga bila su svojstva polarizovane svjetlosti.Mahon, Basil (2003). The Man Who Changed Everything – the Life of James Clerk Maxwell. Wiley. pp. 30-31. ISBN 0-470-86171-1. Konstruisao je oblikovane blokove želatina, podvrgavao ih različitim naprezanjima i pomoću para polarizujućih prizmi koje mu je dao William Nicol, posmatrao je obojene pruge koje su se razvile unutar želatina.Timoshenko, Stephen (1983). History of Strength of Materials. p. 58. Courier Dover. ISBN 978-0-486-61187-7. Kroz ovu praksu otkrio je fotoelastičnost, što je sredstvo za određivanje raspodjele napona unutar fizičkih struktura.

Sa 18 godina, napisao je dva rada za Transakcije Kraljevskog društva u Edinburghu. Jedan od njih, "O ravnoteži elastičnih čvrstih tijela", postavio je temelje za važno kasnije otkriće, a to je bilo privremeno dvostruko prelamanje u viskoznim tekućinama. Njegov drugi rad bio je "Kotrljajuće krive" i, baš kao i rad "Ovalne krive" koji je napisao na Akademiji u Edinburghu, ponovo je smatran premladim da bi sam stao za govornicu i predstavio ga. Rad je Kraljevskom društvu umjesto toga dostavio njegov tutor Kelland.

U oktobru 1850. godine, već kao uspješan matematičar, Maxwell je napustio Škotsku i otišao na Univerzitet u Cambridgeu. U početku je pohađao Peterhouse, ali prije kraja prvog mandata prešao je na Trinity, gdje je vjerovao da će mu biti lakše dobiti stipendiju. Matematiku je diplomirao na Trinityju 1854. godine. Na završnom ispitu postigao je drugi najbolji rezultat, iza Edwarda Routha. Odlučio je ostati na Trinityju nakon diplomiranja i prijavio se za stipendiju, što je bio proces za koji je očekivao da će trajati nekoliko godina i da će imati slobodu da se bavi naučnim interesima u svoje slobodno vrijeme.Mahon, Basil (2003). The Man Who Changed Everything – the Life of James Clerk Maxwell. Wiley. pp. 47–48. ISBN 0-470-86171-1. Ubrzo je uspio pokazati da bijela svjetlost nastaje mješavinom crvene, zelene i plave svjetlosti. Njegov rad "Eksperimenti s bojom" izložio je principe kombinovanja boja i predstavljen je Kraljevskom društvu u Edinburghu u martu 1855. godine.Tolstoy, Ivan (1982). James Clerk Maxwell: A Biography. University of Chicago Press.  pp. 64–65. ISBN 0-226-80787-8. OCLC 8688302. The full title of Maxwell's paper was "Experiments on colour, as perceived by the eye, with remarks on colour-blindness"

 Rad  

Od 1856 radi kao profesor u Aberdeenu, a od 1860 radi na Kraljevskom koledžu (Kings College) u Londonu gdje ostaje punih pet godina. Kao i Hermann von Helmholtz (Herman fon Helmholc) Maxwell se posvetio fiziologiji boja, nadogradio je Youngovu (Jang) teoriju tri boje.

 Elektrodinamika i Maxwellove jednačine 

Inspirisan Faradayovim (Faradej) eksperimentima radio je na polju elektrodinamike. Poznate su četiri Maxwellove vektorske jednačine. Jedna od njih je imala izuzetak koji je važio za zakon indukcije. Pored toga su opisivale elektromagnetne talase, koje nije uspio potvrditi empirijskim putem. To je 1886. pošlo za rukom Heinrichu Hertzu (Hajnrih Herc). Maxwellove jednačine su u cijelosti objavljene 1862. u časopisu "On Physical Lines of Force".

Maxwell je utemeljio elektromagnetnu teoriju svjetlosti čime je rođena optika kao grana elektromagnetizma. Uveo je pojam magnetnog fluksa. Magnetno polje zamišljao je kao jedan tok koji teče kroz indukcioni navoj, gdje promjena polja inducira električni napon. Nedostatak magnetnih čestica u električnom polju objasnio je s pojmom transverzalnih talasa. Smatrao je da njihova brzina odgovara brzini svjetlosti.

 Fotografija 
Maxvell je 1861. otkrio fotografiju u boji.

 Kinetička teorija gasa 

Jedno od Maxwellovih polja istraživanja bili su gasovi. Koristio je hipoteze Augusta Karla Kröniga (Krenig) i Rudolfa Clausiusa. Dok su njih dvojica obratili pažnju na srednju brzinu molekula gasa, Maxwell je prikazao brzine pojedinih čestica. Razvio je Maxwellovu raspodjelu brzine molekula gasa. Maxwell je bio sljedbenik atomistike. Držao je govor pred Britanskim društvom primijenjenih nauka (eng. British Association for the Advancement of Science) gdje je atome nazvao nepromjenjivim. Zahtijevao je atomarnu standardizaciju prirodnih konstantnih veličina: masa, dužina i vrijeme.

 Reference 

Kategorija:Britanski fizičari
Kategorija:Biografije, Edinburgh
Kategorija:Rođeni 1831.
Kategorija:Umrli 1879.
Kategorija:Škotski fizičari