James Clerk Maxwell

James Clerk Maxwell  (1831ko ekainaren 13a – 1879ko azaroaren 5a) Eskoziako matematikari eta fisikari teoriko bat izan zen. Bere aurkikuntzarik garrantzitsuena izan zen ekuazio eponimo multzo bat formulatzea —Maxwellen ekuazioak, alegia—, lehen aldiz elektrizitatearen eta magnetismoaren oinarrizko arauak modu bateratuan adierazi zituena. Baita ere, Maxwellen banaketa garatu zuen, gasen teoria zinetikoaren alderdiak deskribatu nahi zituen estatistika. Bi aurkikuntza horiek lagundu zuten fisika modernoari bidea zabaltzen, etorkizuneko lanen oinarriak finkatzen, besteak beste erlatibitate bereziaren eta mekanika kuantikoaren eremuetan. Maxwell ezaguna da, halaber, 1861ean kolore konbinatuko lehen argazki kamera sortu zuelako, RGB kolore ereduaren bidez.

Maxwellek Cambridgeko Unibertsitatean egin zuen bere ibilbide zientifikoa, gehienetan bere gaitasuna matematikoan oinarrituta, geometriako eta aljebrako elementuen bitartez. Gaitasun horiek baliatuta, Maxwell gai izan zen frogatzeko eremu elektriko eta magnetikoak espazioan zehar uhin gisa eta argiaren abiadura konstantean bidaiatzen dutela. Azkenik, 1861. urtean, Maxwellek lau zatitan banatutako argitalpen bat kaleratu zuen Philosophical Magazine aldizkarian On physical lines of force («Indarraren lerro fisikoez») izenburuaz; bertan proposatu zuen, lehen aldiz, argia berez uhinak direla, hoti baita fenomeno elektriko eta magnetikoaren kausa.

Fisikaren esparruan lan egiten duten askoren iritziz, Maxwell izan zen XX. mendeko fisikak eragin handiena eragindako XIX. mendeko zientzialaria. Askoren ustez, Maxwellek fisikari egindako ekarpenak Isaac Isaac Newtonen edo Albert Einsteinen parekoak izan daitezke. Historiako 100 fisikari garrantzitsuenen zerrenda egin nahi zuen inkesta batean, Maxwell inoiz izan den hirugarren fisikaririk handiena izan zen, Newtonen eta Einsteinen atzetik. Maxwellen jaiotzaren mendeurrenean, Einsteinek berak honela deskribatu zuen Maxwellen lana: «Newtonen garaitik fisikak izan duen lanik sakonena eta emankorrena». Einsteinek bere estudioan Maxwellen argazki bat zeukan, Michael Faradayren eta Newtonen argazkiekin batera.

 Biografia 

 Lehen urteak 
James Clerk Maxwell 1831ko ekainaren 13an jaio zen Edinburgon, Eskozian; John Clerk eta Frances Maxwellen (Cay, ezkongabeko abizena) semea zen. India Streeteko 14. zenbakian jaio zen; orain ICMS (Matematika Zientzietarako Nazioarteko Zentroa) zentroa dago leku horretan. Garai hartan, Michael Faraday fisikaria indukzio magnetikoari buruzko lana osatzear zegoen, eta kontzeptu horren gainean oinarrituko zen Maxwell geroago. Faradayk bezala, Maxwellek egoera elektroteknikoa aztertu zuen.

Maxwellen aita baliabide ekonomikoak zituen gizon bat zen; Penicuikeko Clerk familiarekin zerikusia zuen, Midlothian konderrian (Eskozia), Penicuikeko Clerk direlakoen baronet titularrak; haren anaia, Sir George Clerk, seigarren baroneta izan zen. John Clerk izenarekin jaio zen, baina «Maxwell »leinua gehitu zion bere abizenari, landetxe bat oinordekotzan jaso zuenean Middlebien (Kirkcudbrigshire), Eskoziako hego-mendebaldean, nobleziako kide Maxwell familiarekin loturak zituena. Maxwellen gurasoak hogeita hamar urte ongi beteak zituztela ezkondu ziren, garai hartan oso ohikoa ez zen gauza, eta Frances Maxwellek ia 40 urte zituen James jaio zenean. Lehenago alaba bat izan zuten, Elizabeth, haurtzaroan hil zena. James izendatu zuten bizirik geratu zen seme bakarra, familiaren tradizioari jarraitzen zion izena, ez bakarrik aitonarengatik, baita aurreko beste arbaso batzuengatik ere.

Familia Glenlairera joan zen, James gazte zela, gurasoek eraikitako etxe batera, 1.500 akreko (6,1 km²) lursail batean, Middlebien, Eskoziako landa eremuan. Itxura guztien arabera, Maxwellek jakin min izugarria izan zuen oso gaztetatik. Hiru urte zituela, beraren arreta pizten zuen mugitzen, dirdira egiten edo zarata egiten zuen orok. 1834an, Jane Cay ezkon-arrebari idatzitako gutun batean, aitak Jamesen jakin minaren berezko zentzu hori deskribatu zuen, horrela:

 Hezkuntza 
Maxwell gaztearen potentzialaz ohartuta, ama Frances arduratu zen haurraren hezkuntzaz, viktoriar aroan etxean lan egiten zuten emakumeen lana izaten  baitzen gehienetan. Alabaina, ama gaixotu egin zen, ziurrenik sabeleko minbizi batez, eta ebakuntza arrakastarik gabeko baten ondoren, 1839an hil zen, James txikiak 8 urte besterik ez zituela. Orduan, aita John Clerk Maxwell arduratu zen semearen heziketaz, Jane Cay ezkon-arrebaren laguntzarekin; biak funtsezkoak izan ziren Jamesen bizitzan. Kontratatutako irakasle baten zuzendaritzapean hasi zen haren heziketa formala, arrakastarik gabe, baina. Dirudienez, mutikoa zorrotz hartzen zuen irakasleak, haren jakin minari arretarik ipini gabe. Porrota begien bistakoa zenez, John Maxwellek kaleratu egin zuen, 1841eko azaroan. Irtenbideak ongi azterturik eta gauzak luzaroan pentsatuta, Edinburgoko Akademiara bidali zuen James aitak.
Izeba Isabellaren etxean hartu zuen ostatu luzaroan. Garai hartan, Jemima Blackburn  (Wedderburn, ezkondu aurretik) lehengusu zaharrenak marrazkigintzara murgilarazi zuen. Jemima talentu handiko artista zen, Glasgowko Unibertsitateko Hugh Blackburn matematikako katedradunaren emaztea.

Hamar urte zituelarik, eta ordura arte aitaren landetxean bakarturik hazi ondoren, ez zen eroso sentitzen eskolan. Lehen mailako gela osaturik zegoenez, bigarren mailan sartu behar izan zuen, bera baino urte bat zaharragoko ikaskideekin. Keinuengatik eta Gallowayko hizkera markatuagatik, ikaskideak txundituta uzten zituen. Gainera, eskolako lehen egunean etxean egindako oinetakoez eta tunika batez jantzirik iritsi zelarik, ikaskideek «dafty» («zoroa» edo «ergela») goitizen krudela jarri zioten. Maxwell, baina, ez zen askorik arduratu ezizenaz, urte askoan kexatu gabe. Akademian bakartuta bizitzea guztiz amaitu zen Lewis Campbell eta Peter Guthrie Tait ezagutu zituenean, adin bereko bi mutiko, etorkizunean ikerlari handiak izango zirenak. Betiko lagunak izaten jarraitu zuten.

Maxwell liluratu egin zuen geometriak gaztetxo bat zelarik: poliedro erregularrak aurkitu zituen edozein irakaskuntza formala jaso aurretik. Haren talentua, baina oharkabean pasatu zen eta lan akademikoa nabaritu gabe geratu zen 1845ean, 13 urte zituela, eskolako matematikako domina eta ingelesezko hizkuntza eta poema kategorien lehen sariak irabazi zituen arte. Lan berritzailearen lehen sorkuntza gisa, 14 urte zituela, Maxwellek saiakera bat idatzi zuen, teknika mekanikoak deskribatuz kordel zati batekin kurba matematikoak marrazteko, eta elipseen eta kurben propietateak bi foku baino gehiagorekin. Lan hori (On the description of oval curves and those having a plurality of foci), Edinburgoko Royal Society elkarteak argitaratu zuen, eta Maxwellen jakin-mina oso gaztetan erakusten zuen arren, lana bera ez zen matematikoki sakona. Beste adimen berezi batzuk ez bezala, hala nola Gauß, Pascal edo Mozart, Maxwell ez zen haur prodijio bat izan. Bere berezko talentua pixkanaka helduko zitzaion. Aitak bultzatu egin zuen bere interes zientifiko eta matematikoak jarraitzeko. 16 urte zituela sartu zen unibertsitatean, eta, denborarekin, ohoreekin graduatu zen matematikan.

 Gaztaroa 
Maxwellek Akademiako ikasketak amaitu eta Edinburgoko Unibertsitatera joaten hasi zen. Lehen hiruhilekoaren ondoren, Cambridgen sartzeko aukera izan bazuen ere, Maxwellek erabaki zuen unibertsitate ikasketen hiru hiruhilekoak osatzea Edinburgon. Arrazoi nagusia izan zen Cambridge etxetik urrunegi zegoela eta urtean bitan bakarrik ikusi ahal izango zuela aita. Gainera, Maxwellek bere etorkizunaz kezka handia zuen: zientzialari izan nahi zuen, baina lan zientifikoak urriak ziren garai hartan, eta askoz zailagoa izango zen Cambridge bezalako unibertsitate entzutetsu batean irakasle izateko tokia lortzea. Ondorioz, Maxwellek Edinburgon amaitu zituen bere ikasketak filosofia naturalean, filosofia moralean eta adimenaren filosofian, Sir William Hamiltonekin. Hamazortzi urte bete zituen urtean, bi artikulu argitaratu zituen Transactions of the Royal Society of Edinburgh aldizkarian —horietako batek, On the Equilibrium of Elastic Solids, oinarriak ezarri zituen gerora bere bizitzan egingo zuen aurkikuntza garrantzitsu baterako: likido likatsuetan tentsio ebakitzaileak eragindako aldi baterako errefrakzio bikoitza.

1854an, Maxwell matematikan graduatu zen, second wrangler gisa hau da, matematikako azken azterketan bigarren puntuaziorik onena lortu zuen. Graduatu titulua jaso eta berehala, Cambridgeko Elkarte Filosofikoan txosten bat irakurri zuen, On the Transformation of Surfaces by Bending («Gainazalen eraldaketa flexio bidez». Hura izan zen matematikaz argitaratu zuen dokumentu bakanetako bat, non erakutsi baitzien adituei bere jenialtasun osoa. Garai berean, beste lan mardul bat argitaratu zuen, On Faraday's lines of force («Faradayren indar lerroak»), elektrizitateari buruzko ikerketa batzuen lehen zantzua ematen zuena, eta bere bizitzako lanik ikusgarriena ekarriko zuena.

1855etik 1872ra, ikerketa baliotsu batzuk argitaratu zituen, aldika, kolorearen pertzepzioaz (On the Theory of Colour Vision) eta daltonismoaz. Ikerketa horiek Royal Society elkartearen Rumford domina jaso zuen, 1860an. Ikerketa horietarako diseinatu zituen tresnak erabilerrazak eta erosoak ziren. Adibidez, «Maxwellen diskoak» erabili zituen hiru kolore primarioen nahasketa aldakor bat lagin kolore batekin konparatzeko, azkar biratzen zirenean agertzen zen kolore bakarrari erreparatuta. 1856an, filosofia naturaleko katedrarako izendatu zuten Marischal College ikastetxean (Aberdeen), 1860an Aberdeeneko bi unibertsitateak bat egin zuten arte.

1859an, Adams saria irabazi zuen Cambridgen, saiakera berritzaile batengatik, On the stability of the motion of Saturn's rings («Saturnoren eraztunen higiduraren egonkortasunari buruz»). Saiakera hartan ondorioztatu zuen Saturnoren eraztunak ezin zirela guztiz solidoak edo jariakinak izan. Maxwellek frogatu zuen egonkortasuna soilik ager zitekeela eraztunen osagaia partikula solido txiki asko balira ―berak «legar» esaten zuen. Halaber, matematikoki gezurtatu zuen hipotesi nebularra (eguzki sistema nebulosa lauso baten kondentsazio progresiboaren bidez eratu zela, alegia), behartu baitzuen teoria azalpenak ematera partikula solido txikien zati gehigarriei buruz.

1860an, Londresko King's College erakundeko irakasle izendatu zuten. 1861ean, Maxwell Royal Society erakunde zientifikoko kide izateko hautatu zuten. Denbora horretan, ikerketa sendoak egin zituen solidoen elastikotasunaz eta geometriaz.

 Teoria zinetikoa eta kontrolaren teoria 
Gasen teoria zinetikoari buruzko ikerketa izan zen Maxwellek garatutako garrantzitsuenetako bat. Daniel Bernoullirekin batera hasia, teoria horrek aurrera egin zuen John Herapath, John James Waterston, James Joule eta, bereziki, Rudolf Clausiusen  ekarpenekin, teoriaren doitasuna edozein zalantzatatik kanpo jartzeraino. Garapenik sakonean, dena dela, Maxwellek berak egin zuen, esparru horretan nabarmendu baitzen ez bakarrik matematikari gisa, baizik esperimentatzaile gisa, gasen marruskadura indarraz.

1865ean, Eskoziara itzuli zen Maxwell, Glenlairera (Kirkcudbrightshire), aitaren etxera. 1868an, uko egin zion Fisika eta Astronomia katedrari King's Collegen, Londresen.

1866an, gas partikulen lastertasun banaketaren teoria formulatu zuen estatistikoki, gerora Ludwig Boltzmann austriar fisikariak hedatuko zuena. «Maxwellen banaketa» izeneko formulak tenperatura jakin batean abiadura zehatz batean mugitzen diren gas molekulen frakzioa ematen du. Teoria zinetikoan, tenperaturak eta beroak mugimendua baino ez dute adierazten. Ikuspegi horrek aurrez ezarritako termodinamikaren legea orokortu zuen, eta lehendik zeuden behaketa edo esperimentuak hobeto azaldu zituen, ordura arte baino hobeki. Maxwellek termodinamikari buruz egindako azterketek Maxwellen paradoxa edo deabrua izenez ezagutzen den esperimentu mentala asmatzera eraman zuten.

Maxwellek artikulu ospetsu bat argitaratu zuen, On Governors («Erregulatzaileei buruz»), Royal Society erakundearen aldizkarian. Artikulu hori kontrol teoriaren dokumentu aitzindari klasikotzat hartzen da.

 Elektromagnetismoa 
Maxwellek bere bizitzako lanik sakonean elektrizitateari eskaini zion. Haren ekarpenik garrantzitsuena  izan zen Michael Faradayk, André-Marie Ampèrek eta beste batzuek elektrizitateari eta magnetismoari buruz aldez aurretik egindako lanak matematikoki zabaltzea eta formulatzea, ekuazio diferentzialen multzo erlazionatu batean (hasiera batean, 20 aldagaiko 20 ekuazio, ondoren koaternioi batean eta bektoreetan oinarritutako notazioetan birformulatuak). Ekuazio horiek, orain Maxwellen ekuazio gisa ezagutzen direnak, Royal Society erakundeari aurkeztu zizkion lehen aldiz 1865ean, eremu elektriko eta magnetikoen portaera deskribatzearren, baita materiarekin dituzten elkarreraginak ere.

Maxwellek erakutsi zuen ekuazioek eremu elektriko eta magnetiko oszilakorretako uhinak daudela iragartzen dutela; uhin horiek hutsean zehar bidaiatzen dute, esperimentu errazen bidez jakin daitekeen abiaduran. orduan eskuragarri zeuden datuak erabiliz, Maxwellek, 310.740.000 m/s-ko abiadura lortu zuen. A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field («Eremu elektromagnetikoaren teoria bat», 1865) saiakuntzan, Maxwellek honela idatzi zuen:

Maxwellen teoria zuzena zela frogatu zen, eta argiaren eta elektromagnetismoaren arteko lotura kuantitatiboa XIX. mendeko fisikaren garaipen handienetakotzat jotzen da.

Garai hartan, Maxwellek uste zuen argiaren hedapenak uhinentzako bitarteko bat behar zuela, argi eterra izenekoa. Pixkanaka, tresna mekanikoek antzematen ez zuten baliabide hori, nahiz eta espazio osoa bete, gero eta zailagoa zen bateratzea zenbait esperimenturekin, batik bat Michelson-Morley esperimentuarekin. Are gehiago, erreferentzia sistema absolutu bat behar zuen, non ekuazioak baliozkoak baitziren, baina emaitza argigarri bat zegoen, ekuazioak formaz aldatzen baitziren mugimenduan zegoen behatzaile batentzat. Oztopo haiek pizgarri bat izan ziren Albert Einsteinek erlatibitate bereziaren teoria enuntziatu zezan; prozesu hartan, Einsteinek ez zuen argi eter baten beharrik izan.

 Helduaroa, heriotza eta ondorengo urteak 
Maxwellek ekarpenak egin zituen optikaren eta koloretako ikusmenaren arloan, besteak beste, aurkitu zuen koloretako argazkiak eratu zitezkeela iragazki gorri, berde eta urdinak erabiliz. Thomas Sutton argazkilariari tartan xingola baten argazkia hiru bider eginarazi zion, txanda bakoitzean lentearen gainean kolore iragazki bat zuela, hurrenez hurren. Hiru irudiak errebelatu egin ziren, eta, ondoren, pantaila batean proiektatu, hiru proiektagailu desberdinekin, bakoitzak bere irudia hartzeko erabilitako kolore iragazki berarekin. Fokatzen zirenean, hiru irudiek koloretako irudi bat osatzen zuten. Lehen argazki haren hiru plaka fotografikoak India Streeteko 14. zenbakian dagoen museo txiki batean daude, Edinburgon, Maxwell jaio zen etxean.

Maxwellek Londresko Royal Society erakundeak emandako Rumford domina irabazi zuen, daltonismoari buruz egindako lanengatik. Theory of Heat («Beroaren teoria», 1871) testuliburu miresgarri bat eta Matter and Motion («Materia eta higidura», 1876) oinarrizko eskuliburu bat argitaratu zituen. Gainera, Maxwell izan zen analisi dimentsionala esplizituki erabiltzen lehena, 1871n.
ezkerrera|thumb|James eta Katherine Maxwell, 1869an.
1871n Cambridgeko Fisikako Cavendish lehen irakaslea izan zen. Maxwell izan zen Cavendish laborategiaren garapenaren arduraduna. William Cavendish Devonshireko 7. dukeak (unibertsitateko errektore izana eta ikasle ospetsuenetako bat) finantzatutako aparatu bilduma baliotsu baten fabrikazio eta erosketa prozesuaren urrats bakoitza gainbegiratu zuen. Maxwellek zientziari egindako azken ekarpen garrantzitsuetako bat izan zen Henry Cavendishen elektrizitateari buruzko ikerlanaren edizioa, jatorrizko ohar ugarirekin. Bertan argi dago Cavendishek ikerketa sakonak egin zituela Lurraren batez besteko dentsitateaz eta uraren osaeraz, besteak beste.

Katherine Mary Dewarekin  ezkondu zen 27 urte zituela; hark senarrari lagundu zion bere ikerketetan, baina haren lana ilun geratu zen, eta ez dago haren ekarpenen idatzizko dokumenturik. Ez zuten seme-alabarik izan. Katherine 48 urte zituela hil zen Cambridgen, sabeleko minbiziaz. Kristaua izan zen bizitza osoan. Maxwell Partongo elizan dago lurperatuta, Gallowayn (Eskozia).

1882an, Lewis Campbell irakasleak The Life of James Clerk Maxwell biografia zabala argitaratu zuen; haren eskolako kide izan zen eta bizitza osoko lagun (ikus beherago, bibliografia). 1890ean, Cambridge University Press erakundeak bi liburukitan argitaratu zuen Maxwellen lanen bilduma, materiaren propietateei buruzko artikulu sorta barne (ikus beherago, Maxwellen idazlanak).

 Nortasuna 
Txiki-txikitatik, erlijioak Maxwellen bizitzako alderdi guztiak hartu zituen. Aita eta ama eliztarrak ziren (anglikano presbiteriarrak), eta fede sakona errotu zuten semearengan. Datu guztiaren arabera, Maxwellek ez zituen inoiz ukatu bere kristau fedearen funtsezko printzipioak, ez nerabezaroan ez ondorengo urteetan. Maxwellen biografietako baten egilea den Ivan Tolstoyk (ikus beherago, bibliografia) nabarmendu zuen Maxwellen biografia laburrak idazten dituzten zientzialariek haren erlijioaren gaia maiz bazterturik lagatzen dutela. Izan ere, ezinezkoa da James Clerk Maxwell zen gizona ulertzea haren fedea kontuan hartu gabe.

Bere herrialdeko poesiaren maitale gisa, Maxwellek poemak buruz ikasi eta bere poesiak idatzi zituen. Ezagunena Rigid Body Sings («Gorputz zurruna kantari») da, Robert Burnsen Comin' Through the Rye poeman oinarritua. Dirudienez, gitarrarekin batera kantatzen zuen; honela hasten da:

+Gin a body meet a body
Flyin’ through the air.
Gin a body hit a body,
Will it fly? And where?Gorputz batek beste bat aurkitzen badu,
Airean hegan.
Gorputz batek beste bat ukitzen badu,
Hegan egingo du? Eta nora?
Lewis Campbell lagunak bere poemen bilduma bat argitaratu zuen 1882an.

 Argitalpenak 

Encyclopædia Britannica obran Maxwellen ekarpenak honela agertu ziren: hiru 9. edizioan (1878): Atom, Attraction, eta Ether; eta beste hiru 11. edizioan (1911): Capillary Action, Diagram, and Faraday, Michael.

 Bibliografia 








 Erreferentziak 



 Ikus, gainera 

 Termodinamika
 Elektromagnetismoa
 Elektrizitatea
 Elektrizitatearen historia
 Maxwellen ekuazioak

 Kanpo estekak 

 Sen-Ben R. Liao, Peter Andrew Dourmashkin, John Winston Belcher (2011) Introduction to Electricity and Magnetism London: Pearson Custom Pub.
 The Maxwell at Glenlair Trust. Glenlair Today.
 Maxwell, James (1831-1879). Wolfram Research.
 James Clerk Maxwell Foundation

Kategoria:Edinburgoarrak
Kategoria:Erresuma Batuko fisikariak
Kategoria:Erresuma Batuko presbiterianoak
Kategoria:Urdaileko minbiziaren ondorioz hildakoak
Kategoria:Eskoziako matematikariak
Kategoria:James Clerk Maxwell
Kategoria:Royal Societyko kideak
Kategoria:Edinburgheko Unibertsitateko ikasleak