James Clerk Maxwell

James Clerk Maxwell () adalah fisikawan Skotlandia yang pertama kali menulis hukum magnetisme dan kelistrikan dalam rumus matematis. Pada tahun 1864, ia membuktikan bahwa gelombang elektromagnetik adalah gabungan dari osilasi medan listrik dan magnetik. Maxwell mendapati bahwa cahaya ialah salah satu bentuk radiasi elektromagnetik. Ia juga membuka pemahaman tentang gerak gas, dengan menunjukkan bahwa laju molekul-molekul di dalam gas bergantung kepada suhunya masing-masing.

Fisikawan yang berasal dari Inggris dan tersohor, yakni James Clerk Maxwell ini terkenal melalui formulasi empat pernyataan yang menjelaskan hukum dasar listrik dan magnet. Kedua bidang ini sebelum Maxwell sudah diselidiki lama sekali dan sudah sama diketahui ada kaitan antar keduanya. Namun, berbagai hukum listrik dan kemagnetan sudah ditemukan dan mengandung kebenaran dalam beberapa aspek, sebelum Maxwell, tak ada satu pun dari hukum-hukum itu yang merupakan satu teori terpadu. Maxwell mempunyai empat perangkat hukum yang di rumuskan secara ringkas (tetapi punya bobot tinggi), Maxwell berhasil menjabarkan secara tepat perilaku dan saling hubungan antara medan listrik dan magnet.

Dengan begitu, dia mengubah sejumlah besar fenomena menjadi satu teori tunggal yang dapat dijadikan pegangan. Pendapat Maxwell telah menjadi panutan pada abad sebelumnya secara luas baik di sektor teori maupun dalam praktik ilmu pengetahuan.

Nilai terpenting dari pendapat Maxwell yang baru itu adalah: banyak persamaan umum yang bisa terjadi dalam semua keadaan. Semua hukum-hukum listrik dan magnet yang sudah ada sebelumnya dapat dianggap berasal dari pendapat Maxwell, begitu pula sejumlah besar hukum lainnya, yang dulunya merupakan teori yang tidak dikenal. Dari pendapat Maxwell ini dapat diperlihatkan betapa pergerakan bolak-balik bidang elektromagnetik secara periodik adalah sesuatu hal yang bisa terjadi. Gerak bolak-balik seperti pendulum ini disebut gelombang elektromagnetik, dengan keadaan sekali digerakkan akan menyebar terus hingga angkasa luar. Berbagai pendapat ini mampu menunjukkan bahwa kecepatan gelombang elektromagnetik itu mencapai sekitar 300.000 kilometer (186.000 mil) per detik. Maxwell mengetahui bahwa ini sama dengan ukuran kecepatan cahaya. Dari sudut ini dia dengan tepat mengambil kesimpulan bahwa cahaya itu sendiri terdiri dari gelombang elektromagnetik.

Jadi pendapat Maxwell bukan hanya merupakan hukum dasar dari kelistrikan dan kemagnetan, tetapi juga sekaligus merupakan hukum dasar optik. Semua hukum terdahulu yang dikenal sebagai hukum optik dapat dikaitkan dengan pendapatnya dan banyak fakta serta hubungan dengan berbagai hal yang sebelumnya tidak terungkapkan.

Cahaya yang tampak oleh mata bukan semata jenis yang memungkinkan radiasi elektromagnetik. Pendapat Maxwell menunjukkan bahwa gelombang elektromagnetik lain, berbeda dengan cahaya yang tampak oleh mata dalam dia punya panjang gelombang dan frekuensi, bisa saja ada. Kesimpulan teoretis  yang mengagumkan ini diperkuat oleh Heinrich Rudolf Hertz, yang sanggup menghasilkan dan menemui kedua gelombang yang tampak oleh mata yang diramalkan oleh Maxwell itu. Beberapa tahun kemudian Guglielmo Marconi memperagakan bahwa gelombang yang tak terlihat mata itu dapat digunakan buat komunikasi tanpa kawat sehingga menjelma apa yang namanya radio itu. Kini, kita menggunakan juga untuk televisi, sinar X, sinar gamma, sinar infra, dan sinar ultraviolet. Ini adalah berbagai contoh dari radiasi elektromagnetik dan semuanya bisa dipelajari melalui hasil pemikiran Maxwell.

Meski kemasyhuran Maxwell yang paling menonjol terletak pada sumbangan pikirannya yang dahsyat di bidang elektromagnetik dan optik, dia juga memberi sumbangan penting bagi dunia ilmu pengetahuan di segi lain termasuk teori-teori astronomi dan termodinamika (penyelidikan ihwal panas). Salah satu minat khususnya adalah teori kinetik tentang gas. Maxwell menyadari bahwa tidak semua molekul gas bergerak pada kecepatan sama. Sebagian lebih lambat, sebagian lebih cepat, dan sebagian lagi dengan kecepatan yang luar biasa. Maxwell mencoba rumus khusus menunjukkan bagian terkecil molekul bergerak (dalam suhu tertentu) pada kecepatan yang tertentu pula. Rumus ini disebut "penyebaran Maxwell," merupakan rumus yang paling luas terpakai dalam rumus-rumus ilmiah, dan mengandung makna dan manfaat penting pada tiap cabang fisika.

Maxwell dilahirkan di Edinburgh, Skotlandia, pada tahun 1831. Dia teramatlah dini untuk berkembang: pada usia lima belas tahun dia sudah mampu mempersembahkan sebuah kertas kerja ilmiah kepada "Edinburgh Royal Society." Dia masuk Universitas Edinburgh dan tamat Universitas Cambridge. Ia menikah, tetapi tidak memiliki anak. Maxwell umumnya dianggap teoritikus terbesar di bidang fisika dalam seluruh masa antara Newton D. Baker dan Albert Einstein. Kariernya yang cemerlang berakhir terlampau cepat, karena dia meninggal dunia di tahun 1879 akibat serangan kanker, setelah beberapa lama sehabis merayakan ulang tahunnya yang ke-48.

 Hidup 

 Kehidupan awal, 1831–1839 
James Clerk Maxwell lahir pada 13 Juni 1831 di 14 India Street, Edinburgh, dari pasangan John Clerk Maxwell dari Middlebie, seorang advokat, dan Frances Cay, putri Robert Hodshon Cay dan saudara perempuan John Cay. (Tempat kelahirannya sekarang menampung sebuah museum yang dioperasikan oleh James Clerk Maxwell Foundation.) Ayahnya adalah seorang pria dengan sarana yang nyaman dari keluarga Panitera Penicuik, pemegang baronetcy panitera Penicuik. Saudara laki-laki ayahnya adalah baronet ke-6. Ia dilahirkan sebagai "John Clerk", menambahkan "Maxwell" ke miliknya setelah ia mewarisi (sebagai bayi pada tahun 1793) perkebunan Middlebie, sebuah properti Maxwell di Dumfriesshire. James adalah sepupu pertama dari seniman Jemima Blackburn (putri dari saudara perempuan ayahnya) dan insinyur sipil William Dyce Cay (putra dari saudara laki-laki ibunya). Cay dan Maxwell adalah teman dekat dan Cay bertindak sebagai pendampingnya ketika Maxwell menikah.

Orang tua Maxwell bertemu dan menikah ketika mereka berusia tiga puluhan;  ibunya berusia hampir 40 tahun ketika ia lahir. Mereka memiliki satu anak sebelumnya, seorang putri bernama Elizabeth, yang meninggal saat masih bayi.

Ketika Maxwell masih muda, keluarganya pindah ke Glenlair, di Kirkcudbrightshire, yang telah dibangun orang tuanya di atas perkebunan yang terdiri dari 1.500 hektar (610 ha). Semua indikasi menunjukkan bahwa Maxwell telah mempertahankan rasa ingin tahu yang tak terpadamkan sejak usia dini. Pada usia tiga tahun, segala sesuatu yang bergerak, bersinar, atau membuat suara menarik pertanyaan: "apa yang terjadi?"   
Dalam sebuah bagian yang ditambahkan ke surat dari ayahnya kepada saudara iparnya Jane Cay pada tahun 1834, ibunya menggambarkan rasa ingin tahu bawaan ini:Dia adalah pria yang sangat bahagia, dan telah meningkat pesat sejak cuaca menjadi sedang; dia memiliki pekerjaan besar dengan pintu, kunci, kunci, dll., Dan "tunjukkan padaku bagaimana doos" tidak pernah keluar dari mulutnya. Dia juga menyelidiki jalannya sungai dan kabel lonceng yang tersembunyi, cara air masuk dari kolam melalui dinding .... 

 Pendidikan, 1839–1847 
Menyadari potensi anak laki-laki itu, ibu Maxwell, Frances, bertanggung jawab atas pendidikan awalnya, yang pada era Victoria sebagian besar adalah pekerjaan wanita di rumah itu. Pada usia delapan tahun ia dapat melafalkan bagian-bagian panjang John Milton dan seluruh mazmur ke-119 (176 ayat). Memang, pengetahuannya tentang kitab suci sudah dirinci; dia dapat memberikan pasal dan ayat untuk hampir semua kutipan dari mazmur. Ibunya jatuh sakit karena kanker perut dan, setelah operasi yang gagal, meninggal pada bulan Desember 1839 ketika dia berusia delapan tahun. Pendidikannya kemudian diawasi oleh ayah dan saudara ipar ayahnya, Jane, yang keduanya memainkan peran penting dalam hidupnya. Sekolah formalnya dimulai dengan tidak berhasil di bawah bimbingan seorang tutor sewaan berusia 16 tahun. Sedikit yang diketahui tentang pemuda yang disewa untuk mengajar Maxwell, kecuali bahwa dia memperlakukan anak laki-laki yang lebih muda itu dengan kasar, mencelanya karena lambat dan bandel. Tutor tersebut diberhentikan pada November 1841. Ayah James membawanya ke demonstrasi Robert Davidson tentang propulsi listrik dan gaya magnet pada tanggal 12 Februari 1842, sebuah pengalaman dengan implikasi mendalam bagi bocah itu.

Maxwell dikirim ke Akademi Edinburgh yang bergengsi.  Dia menginap selama masa jabatan di rumah bibinya Isabella. Selama ini kegemarannya menggambar didorong oleh sepupunya yang lebih tua, Jemima.  Maxwell yang berusia 10 tahun, yang dibesarkan dalam isolasi di perkebunan pedesaan ayahnya, tidak cocok di sekolah.  Tahun pertama telah penuh, mengharuskannya untuk bergabung dengan tahun kedua dengan teman sekelas setahun lebih tua darinya.  Tingkah lakunya dan aksen Galloway membuat anak laki-laki lain terkesan kasar. Setelah tiba di hari pertama sekolahnya dengan mengenakan sepasang sepatu buatan sendiri dan tunik, ia mendapat julukan tidak baik "Daftie".  Dia sepertinya tidak pernah membenci julukan itu, menyandangnya tanpa keluhan selama bertahun-tahun.  Isolasi sosial di Akademi berakhir ketika dia bertemu Lewis Campbell dan Peter Guthrie Tait, dua anak laki-laki dengan usia yang sama yang akan menjadi sarjana terkenal di kemudian hari. Mereka tetap berteman seumur hidup.

Maxwell terpesona oleh geometri pada usia dini, menemukan kembali polyhedra biasa sebelum ia menerima instruksi formal apa pun.  Meskipun dia memenangkan hadiah biografi kitab suci sekolah di tahun keduanya, karya akademisnya tetap tidak diperhatikan sampai, pada usia 13 tahun, ia memenangkan medali matematika sekolah dan hadiah pertama untuk bahasa Inggris dan puisi.

Minat Maxwell jauh melampaui silabus sekolah dan dia tidak memberikan perhatian khusus pada kinerja ujian.  Dia menulis makalah ilmiah pertamanya pada usia 14 tahun. Di dalamnya ia menggambarkan cara mekanis menggambar kurva matematika dengan sepotong benang, dan sifat-sifat elips, oval Cartesian, dan kurva terkait dengan lebih dari dua fokus. Karya tersebut,tahun 1846, "Tentang deskripsi kurva oval dan mereka yang memiliki pluralitas fokus "disajikan kepada Royal Society of Edinburgh oleh James Forbes, seorang profesor filsafat alam di Universitas Edinburgh, Maxwell dianggap terlalu muda untuk mempresentasikan karya itu sendiri.  Karya itu tidak sepenuhnya asli, karena René Descartes juga telah memeriksa sifat-sifat elips multifoka lsemacam itu pada abad ke-17, tetapi Maxwell telah menyederhanakan konstruksinya.

 Universitas Edinburgh, 1847–1850 
Maxwell meninggalkan Akademi pada tahun 1847 pada usia 16 tahun dan mulai menghadiri kelas-kelas di Universitas Edinburgh.  Dia memiliki kesempatan untuk kuliah di Universitas Cambridge, tetapi memutuskan, setelah masa jabatan pertamanya, untuk menyelesaikan kursus penuh studi sarjananya di Edinburgh. Staf akademik universitas termasuk beberapa nama yang sangat dihormati; tutor tahun pertamanya termasuk Sir William Hamilton, yang memberinya kuliah tentang logika dan metafisika, Philip Kelland tentang matematika, dan James Forbes tentang filsafat alam.  Dia tidak menemukan kelasnya menuntut, dan karena itu dapat membenamkan dirinya dalam studi pribadi selama waktu luang di universitas dan terutama ketika kembali ke rumah di Glenlair.  Di sana ia akan bereksperimen dengan peralatan kimia, listrik, dan magnetik improvisasi; tetapi, kekhawatiran utamanya mengenai sifat-sifat cahaya terpolarisasi.  Dia membangun balok gelatin berbentuk, membuatnya mengalami berbagai tekanan, dan dengan sepasang prisma polarisasi yang diberikan kepadanya oleh William Nicol, melihat pinggiran berwarna yang telah berkembang di dalam jeli.  Melalui praktik ini ia menemukan fotoelastisitas, yang merupakan sarana untuk menentukan distribusi stres dalam struktur fisik.

Pada usia 18, Maxwell menyumbangkan dua makalah untuk Transaksi Royal Society of Edinburgh. Salah satunya, "On the Equilibrium of Elastic Solids", meletakkan dasar untuk penemuan penting di kemudian hari dalam hidupnya, yang merupakan pembiasan ganda sementara yang diproduksi dalam cairan kental oleh tekanan geser.  Makalahnya yang lain adalah "Rolling Curves" dan, seperti halnya kertas "Oval Curves" yang telah ia tulis di Akademi Edinburgh, ia sekali lagi dianggap terlalu muda untuk berdiri di mimbar untuk mempresentasikannya sendiri. Makalah itu dikirim ke Royal Society oleh tutornya Kelland sebagai gantinya.

 Universitas Cambridge, 1850–1856 
Pada Oktober 1850, sudah menjadi ahli matematika ulung, Maxwell meninggalkan Skotlandia ke Universitas Cambridge. Dia awalnya menghadiri Peterhouse, tetapi sebelum akhir masa jabatan pertamanya dipindahkan ke Trinity, di mana dia percaya akan lebih mudah untuk mendapatkan persekutuan.  Di Trinity ia terpilih menjadi anggota masyarakat rahasia elit yang dikenal sebagai Cambridge Apostles.  Pemahaman intelektual Maxwell tentang iman Kristen dan sainsnya berkembang pesat selama tahun-tahun Cambridge-nya. Dia bergabung dengan "Rasul", sebuah masyarakat debat eksklusif dari elit intelektual, di mana melalui esai-esainya dia berusaha untuk menyelesaikan pemahaman ini.Sekarang rencana besar saya, yang dikandung dari yang lama, ... adalah membiarkan tidak ada yang sengaja dibiarkan tidak diperiksa. Tidak ada yang harus menjadi tanah suci yang dikuduskan untuk Iman Stasioner, baik positif maupun negatif. Semua tanah bera harus dibajak dan sistem rotasi reguler diikuti. ... Jangan pernah menyembunyikan apa pun, baik itu gulma atau tidak, atau sepertinya tidak ingin menyembunyikannya. ... Sekali lagi saya menegaskan Hak Pelanggaran pada setiap plot Tanah Suci yang telah dipisahkan oleh siapa pun. ... Sekarang saya yakin bahwa tidak seorang pun kecuali seorang Kristen yang benar-benar dapat membersihkan tanahnya dari tempat-tempat suci ini. ... Saya tidak mengatakan bahwa tidak ada orang Kristen yang memiliki tempat-tempat tertutup semacam ini. Banyak yang memiliki banyak, dan setiap orang memiliki beberapa. Namun, ada traktat yang luas dan penting di wilayah Scoffer, Pantheist, Quietist, Formalist, Dogmatist, Sensualist, dan sisanya, yang secara terbuka dan khusyuk Tabu. ..."

Kekristenan — yaitu, agama dalam Alkitab — adalah satu-satunya skema atau bentuk kepercayaan yang menyangkal kepemilikan apa pun pada masa jabatan semacam itu. Di sini saja semua gratis. Anda dapat terbang ke ujung-ujung dunia dan tidak menemukan Tuhan selain Penulis Keselamatan. Anda dapat menyelidiki Kitab Suci dan tidak menemukan teks untuk menghentikan Anda dalam penjelajahan Anda. ...

Perjanjian Lama dan Hukum Musa dan Yudaisme umumnya dianggap "Tabu" oleh ortodoks. Skeptis berpura-pura telah membacanya dan telah menemukan keberatan jenaka tertentu ... yang terlalu banyak dari ortodoks yang belum dibaca mengakui, dan membungkam subjek sebagai angker. Tapi Lilin akan datang untuk mengusir semua Hantu dan Bugbear. Marilah kita mengikuti terang. Sejauh mana Maxwell "membajak" keyakinan Kristennya dan mengujinya secara intelektual hanya dapat dinilai secara tidak lengkap dari tulisan-tulisannya. Namun, ada banyak bukti, terutama dari masa sarjananya, bahwa dia memang memeriksa imannya secara mendalam. Tentu saja, pengetahuannya tentang Alkitab luar biasa, sehingga kepercayaannya pada Kitab Suci tidak didasarkan pada ketidaktahuan.

Pada musim panas tahun ketiganya, Maxwell menghabiskan beberapa waktu di rumah Suffolk dari Pdt C.B. Tayler, paman dari seorang teman sekelas, G.W.H. Tayler. Kasih Allah yang ditunjukkan oleh keluarga mengesankan Maxwell, terutama setelah dia dirawat kembali dari kesehatan yang buruk oleh pendeta dan istrinya.

Sekembalinya ke Cambridge, Maxwell menulis kepada pembawa acara terbarunya sebuah surat yang cerewet dan penuh kasih sayang termasuk kesaksian berikut,... Saya memiliki kapasitas untuk menjadi lebih jahat daripada teladan apa pun yang dapat diberikan manusia kepada saya, dan ... jika saya melarikan diri, itu hanya dengan kasih karunia Tuhan yang membantu saya untuk menyingkirkan diri saya sendiri, sebagian dalam sains, lebih lengkap dalam masyarakat, —tetapi tidak secara sempurna kecuali dengan berkomitmen kepada Tuhan ...Pada November 1851, Maxwell belajar di bawah William Hopkins, yang keberhasilannya dalam memelihara kejeniusan matematika telah membuatnya mendapat julukan "pembuat wrangler senior".

Pada tahun 1854, Maxwell lulus dari Trinity dengan gelar di bidang matematika. Dia mendapat nilai tertinggi kedua dalam ujian akhir, datang di belakang Edward Routh dan mendapatkan gelar Wrangler Kedua. Dia kemudian dinyatakan setara dengan Routh dalam cobaan yang lebih berat dari ujian Smith's Prize.  Segera setelah mendapatkan gelarnya, Maxwell membaca makalahnya "On the Transformation of Surfaces by Bending" kepada Cambridge Philosophical Society.  Ini adalah salah satu dari sedikit makalah matematika murni yang dia tulis, menunjukkan perawakannya yang semakin besar sebagai ahli matematika.  Maxwell memutuskan untuk tetap di Trinity setelah lulus dan melamar beasiswa, yang merupakan proses yang dapat dia harapkan untuk memakan waktu beberapa tahun.  Didukung oleh kesuksesannya sebagai mahasiswa penelitian, ia akan bebas, terlepas dari beberapa tugas les dan ujian, untuk mengejar minat ilmiah di waktu luangnya sendiri.

Sifat dan persepsi warna adalah salah satu minat yang dia mulai di Universitas Edinburgh saat dia menjadi mahasiswa Forbes.  Dengan spinning top berwarna yang ditemukan oleh Forbes, Maxwell mampu menunjukkan bahwa cahaya putih akan dihasilkan dari campuran cahaya merah, hijau, dan biru.  Makalahnya "Experiments on Colour" menjabarkan prinsip-prinsip kombinasi warna dan dipresentasikan kepada Royal Society of Edinburgh pada Maret 1855.  Maxwell kali ini mampu menyampaikannya sendiri.

Maxwell diangkat menjadi anggota Trinity pada tanggal 10 Oktober 1855, lebih cepat dari biasanya,dan diminta untuk mempersiapkan kuliah tentang hidrostatik dan optik dan untuk menetapkan kertas ujian.  Februari berikutnya ia didesak oleh Forbes untuk melamar Ketua Filsafat Alam yang baru kosong di Marischal College, Aberdeen. [Ayahnya membantunya dalam tugas menyiapkan referensi yang diperlukan, tetapi meninggal pada tanggal 2 April di Glenlair sebelum keduanya mengetahui hasil pencalonan Maxwell.  Dia menerima jabatan profesor di Aberdeen, meninggalkan Cambridge pada November 1856.

 Perguruan Tinggi Marischal, Aberdeen, 1856–1860 
Maxwell yang berusia 25 tahun adalah 15 tahun lebih muda dari profesor lain di Marischal. Dia melibatkan dirinya dengan tanggung jawab barunya sebagai kepala departemen, merancang silabus dan mempersiapkan kuliah.  Dia berkomitmen untuk mengajar 15 jam seminggu, termasuk kuliah pro bono mingguan ke perguruan tinggi pria pekerja setempat.  Dia tinggal di Aberdeen bersama sepupunya William Dyce Cay, seorang insinyur sipil Skotlandia, selama enam bulan tahun akademik dan menghabiskan musim panas di Glenlair, yang dia warisi dari ayahnya.

Dia memusatkan perhatiannya pada masalah yang telah dihindari para ilmuwan selama 200 tahun: sifat cincin Saturnus. Tidak diketahui bagaimana mereka bisa tetap stabil tanpa putus, hanyut atau menabrak Saturnus.  Masalahnya mengambil resonansi tertentu pada waktu itu karena St John's College, Cambridge, telah memilihnya sebagai topik untuk Hadiah Adams 1857.  Maxwell mencurahkan dua tahun untuk mempelajari masalah ini, membuktikan bahwa cincin padat biasa tidak bisa stabil, sementara cincin fluida akan dipaksa oleh aksi gelombang untuk pecah menjadi gumpalan. Karena tidak ada yang diamati, ia menyimpulkan bahwa cincin-cincin itu harus terdiri dari banyak partikel kecil yang ia sebut "kelelawar bata", masing-masing secara independen mengorbit Saturnus.  Maxwell dianugerahi Hadiah Adams £ 130 pada tahun 1859 untuk esainya "Tentang stabilitas gerakan cincin Saturnus"; dia adalah satu-satunya peserta yang telah membuat kemajuan yang cukup untuk mengirimkan entri.  Karyanya begitu rinci dan meyakinkan sehingga ketika George Biddell Airy membacanya dia berkomentar, "Ini adalah salah satu aplikasi matematika yang paling luar biasa untuk fisika yang pernah saya lihat."  Itu dianggap sebagai kata terakhir tentang masalah ini sampai pengamatan langsung oleh fly by Voyager tahun 1980-an mengkonfirmasi prediksi Maxwell bahwa cincin-cincin itu terdiri dari partikel.  Sekarang dipahami, bagaimanapun, bahwa partikel cincin tidak stabil sama sekali, ditarik oleh gravitasi ke Saturnus. Cincin-cincin itu diperkirakan akan lenyap seluruhnya selama 300 juta tahun ke depan.

Pada tahun 1857 Maxwell berteman dengan Pendeta Daniel Dewar, yang saat itu adalah Kepala Sekolah Marischal.  Melalui dia Maxwell bertemu putri Dewar, Katherine Mary Dewar. Mereka bertunangan pada Februari 1858 dan menikah di Aberdeen pada 2 Juni 1858. Dalam catatan pernikahan, Maxwell terdaftar sebagai Profesor Filsafat Alam di Marischal College, Aberdeen.  Katherine tujuh tahun lebih tua dari Maxwell. Relatif sedikit yang diketahui tentang dia, meskipun diketahui bahwa dia membantu di laboratoriumnya dan mengerjakan eksperimen dalam viskositas.  Penulis biografi dan teman Maxwell, Lewis Campbell, mengadopsi keengganan yang tidak seperti biasanya pada subjek Katherine, meskipun menggambarkan kehidupan pernikahan mereka sebagai "salah satu pengabdian yang tidak terekspos".

Pada tahun 1860 Marischal College bergabung dengan King's College yang berdekatan untuk membentuk Universitas Aberdeen. Tidak ada ruang untuk dua profesor Filsafat Alam, jadi Maxwell, terlepas dari reputasi ilmiahnya, mendapati dirinya diberhentikan. Dia tidak berhasil melamar kursi Forbes yang baru-baru ini dikosongkan di Edinburgh, jabatan itu malah pergi keTait. Maxwell diberikan Ketua Filsafat Alam di King's College, London, sebagai gantinya.  Setelah pulih dari serangan cacar yang hampir fatal pada tahun 1860, ia pindah ke London bersama istrinya.

 King's College, London, 1860–1865 
Waktu Maxwell di King's mungkin yang paling produktif dalam kariernya. Dia dianugerahi Royal Society's Rumford Medal pada tahun 1860 untuk karyanya tentang warna dan kemudian terpilih menjadi anggota Society pada tahun 1861.  Periode hidupnya ini akan membuatnya menampilkan foto berwarna cepat cahaya pertama di dunia, mengembangkan lebih lanjut ide-idenya tentang viskositas gas, dan mengusulkan sistem untuk mendefinisikan kuantitas fisik—sekarang dikenal sebagai analisis dimensi. Maxwell sering menghadiri kuliah di Royal Institution, di mana ia berhubungan secara teratur dengan Michael Faraday. Hubungan antara kedua pria itu tidak dapat digambarkan sebagai dekat, karena Faraday adalah 40 tahun lebih tua dari Maxwell dan menunjukkan tanda-tanda kepikunan. Namun mereka tetap mempertahankan rasa hormat yang kuat terhadap bakat satu sama lain.

Kali ini sangat penting untuk kemajuan yang dibuat Maxwell di bidang listrik dan magnet. Dia memeriksa sifat medan listrik dan magnet dalam makalah dua bagiannya "On physical lines of force", yang diterbitkan pada tahun 1861. Di dalamnya ia menyediakan model konseptual untuk induksi elektromagnetik, yang terdiri dari sel-sel kecil yang berputar darifluks magnetik. Dua bagian lagi kemudian ditambahkan dan diterbitkan dalam makalah yang sama pada awal 1862. Pada bagian tambahan pertama ia membahas sifat elektrostatik dan arus perpindahan. Pada bagian tambahan kedua, ia berurusan dengan rotasi bidang polarisasi cahaya dalam medan magnet, sebuah fenomena yang telah ditemukan oleh Faraday dan sekarang dikenal sebagai efek Faraday.

 Tahun-tahun berikutnya, 1865–1879 
Pada tahun 1865 Maxwell mengundurkan diri dari kursi di King's College, London, dan kembali ke Glenlair bersama Katherine. Dalam makalahnya "On governors" (1868) ia secara matematis menggambarkan perilaku gubernur—perangkat yang mengontrol kecepatan mesin uap—sehingga menetapkan dasar teoretis rekayasa kontrol.  Dalam makalahnya "On reciprocal figures, frames and diagrams of forces" (1870) ia membahas kekakuan berbagai desain kisi. Ia menulis buku teks Theory of Heat(1871) dan risalah Matter and Motion(1876). Maxwell juga orang pertama yang menggunakan analisis dimensi secara eksplisit, pada tahun 1871.

Pada tahun 1871 ia kembali ke Cambridge untuk menjadi Profesor Fisika Cavendish pertama.  Maxwell bertanggung jawab atas pengembangan Laboratorium Cavendish, mengawasi setiap langkah dalam kemajuan bangunan dan pembelian koleksi peralatan.  Salah satu kontribusi besar terakhir Maxwell untuk sains adalah pengeditan (dengan catatan asli yang berlebihan) dari penelitian Henry Cavendish, dari mana tampaknya Cavendish meneliti, antara lain, pertanyaan-pertanyaan seperti kepadatan Bumi dan komposisi air.  Ia terpilih sebagai anggota American Philosophical Society pada tahun 1876.

Pada bulan April 1879 Maxwell mulai mengalami kesulitan menelan, gejala pertama dari penyakit fatalnya.

Maxwell meninggal di Cambridge karena kanker perut pada 5 November 1879 pada usia 48 tahun. Ibunya telah meninggal pada usia yang sama dari jenis kanker yang sama. Menteri yang secara teratur mengunjunginya dalam minggu-minggu terakhirnya tercengang dengan kejernihannya dan kekuatan serta ruang lingkup ingatannya yang sangat besar, tetapi berkomentar lebih khusus lagi,... penyakitnya menarik keluar seluruh hati dan jiwa serta roh orang itu: imannya yang teguh dan tak tergoyahkan pada Inkarnasi dan semua hasilnya; dalam kecukupan penuh Pendamaian; dalam pekerjaan Roh Kudus. Dia telah mengukur dan memahami semua skema dan sistem filsafat, dan telah menemukan mereka benar-benar kosong dan tidak memuaskan—"tidak dapat dijalankan" adalah kata-katanya sendiri tentang mereka—dan dia berbalik dengan iman yang sederhana kepada Injil Juru selamat.Saat kematian mendekati Maxwell kepada seorang rekan Cambridge,Saya telah memikirkan betapa lembutnya saya selalu ditangani. Saya tidak pernah mengalami dorongan kekerasan sepanjang hidup saya. Satu-satunya keinginan yang dapat saya miliki adalah seperti Daud untuk melayani generasi saya sendiri dengan kehendak Allah, dan kemudian tertidur.Maxwell dimakamkan di Parton Kirk, dekat Castle Douglas di Galloway dekat tempat dia dibesarkan. Biografi panjang The Life of James Clerk Maxwell, oleh mantan teman sekolah dan teman seumur hidupnya Profesor Lewis Campbell, diterbitkan pada tahun 1882. Kumpulan karyanya diterbitkan dalam dua jilid oleh Cambridge University Press pada tahun 1890.

Pelaksana harta Maxwell adalah dokternya George Edward Paget, G. G. Stokes, dan Colin Mackenzie, yang merupakan sepupu Maxwell. Dibebani dengan pekerjaan, Stokes menyerahkan surat-surat Maxwell kepada William Garnett, yang memiliki hak asuh yang efektif atas surat-surat tersebut sampai sekitar tahun 1884.

Ada prasasti peringatan untuknya di dekat layar paduan suara di Westminster Abbey.

 Kehidupan pribadi 
Sebagai pencinta puisi Skotlandia, Maxwell menghafal puisi dan menulis puisinya sendiri.  Yang paling terkenal adalah Rigid Body Sings, yang didasarkan pada "Comin' Through the Rye" oleh Robert Burns, yang tampaknya biasa ia nyanyikan sambil mengiringi dirinya dengan gitar. Ini memiliki baris pembukaGin tubuh bertemu tubuh

Terbang di udara.

Gin tubuh menabrak tubuh,

Apakah akan terbang? Dan di mana?Kumpulan puisinya diterbitkan oleh temannya Lewis Campbell pada tahun 1882.

Deskripsi tentang Maxwell mengomentari kualitas intelektualnya yang luar biasa yang dipadukan dengan kecanggungan sosial.

Maxwell adalah seorang Presbiterian evangelis dan di tahun-tahun terakhirnya menjadi Penatua Gereja Skotlandia. Keyakinan agama Maxwell dan aktivitas terkait telah menjadi fokus sejumlah makalah. Menghadiri kebaktian Gereja Skotlandia (denominasi ayahnya) dan Episkopal (denominasi ibunya) sebagai seorang anak, Maxwell mengalami pertobatan injil pada bulan April 1853. Salah satu aspek dari pertobatan ini mungkin telah menyelaraskannya dengan posisi antipositivis.

 Warisan ilmiah 

 Elektromagnetik 
Maxwell telah mempelajari dan mengomentari listrik dan magnet sejak tahun 1855 ketika makalahnya "On Faraday's lines of force" dibacakan ke Cambridge Philosophical Society. Makalah ini menyajikan model karya Faraday yang disederhanakan dan bagaimana listrik dan magnet terkait. Dia mereduksi semua pengetahuan saat ini menjadi satu set persamaan diferensial yang terhubung dengan 20 persamaan dalam 20 variabel. Karya ini kemudian diterbitkan sebagai "On Physical Lines of Force" pada Maret 1861.

Sekitar tahun 1862, saat mengajar di King's College, Maxwell menghitung bahwa kecepatan perambatan medan elektromagnetik kira-kira sama dengan kecepatan cahaya. Dia menganggap ini lebih dari sekadar kebetulan, berkomentar, "Kita hampir tidak dapat menghindari kesimpulan bahwa cahaya terdiri dari undulasi transversal dari medium yang sama yang merupakan penyebab fenomena listrik dan magnet.

Bekerja pada masalah lebih lanjut, Maxwell menunjukkan bahwa persamaan memprediksi adanya gelombang berosilasi medan listrik dan magnet yang bergerak melalui ruang kosong dengan kecepatan yang dapat diprediksi dari percobaan listrik sederhana; menggunakan data yang tersedia pada saat itu, Maxwell memperoleh kecepatan 310.740.000 meter per detik (1,0195×109 ft/s). Dalam makalahnya tahun 1865 "A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field", Maxwell menulis, "Persetujuan hasil tampaknya menunjukkan bahwa cahaya dan magnet adalah pengaruh dari substansi yang sama, dan bahwa cahaya adalah gangguan elektromagnetik yang disebarkan melalui medan menurut hukum elektromagnetik".Maxwell, James Clerk (1865). "A dynamical theory of the electromagnetic field" (PDF). Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 155: 459–512. Bibcode:1865RSPT..155..459C. doi:10.1098/rstl.1865.0008. S2CID 186207827. Archived (PDF) from the original on 28 July 2011. (This article accompanied an 8 December 1864 presentation by Maxwell to the Royal Society. His statement that "light and magnetism are affections of the same substance" is at page 499.)

Dua puluh persamaannya yang terkenal, dalam bentuk modern persamaan diferensial parsialnya, pertama kali muncul dalam bentuk yang dikembangkan sepenuhnya dalam buku teksnya A Treatise on Electricity and Magnetism pada tahun 1873. Sebagian besar pekerjaan ini dilakukan oleh Maxwell di Glenlair selama periode antara memegang jabatannya di London dan menduduki kursi Cavendish. Oliver Heaviside mereduksi kompleksitas teori Maxwell menjadi empat persamaan diferensial parsial, yang sekarang dikenal secara kolektif sebagai Hukum Maxwell atau persamaan Maxwell. Meskipun potensi menjadi kurang populer pada abad ke-19, penggunaan potensi skalar dan vektor sekarang menjadi standar dalam solusi persamaan Maxwell.

Seperti yang dijelaskan Barrett dan Grimes (1995):Maxwell menyatakan elektromagnetisme dalam aljabar kuarter dan menjadikan potensi elektromagnetik sebagai inti dari teorinya. Pada tahun 1881 Heaviside menggantikan medan potensial elektromagnetik dengan medan gaya sebagai inti dari teori elektromagnetik. Menurut Heaviside, medan potensial elektromagnetik itu sewenang-wenang dan perlu "dibunuh". (sic) Beberapa tahun kemudian terjadi perdebatan antara Heaviside dan [Peter Guthrie] Tate(sic) tentang manfaat relatif dari analisis vektor dan kuarter. Hasilnya adalah kesadaran bahwa tidak perlu wawasan fisik yang lebih besar yang disediakan oleh kuarter jika teori itu murni lokal, dan analisis vektor menjadi hal biasa.Maxwell terbukti benar, dan hubungan kuantitatifnya antara cahaya dan elektromagnetisme dianggap sebagai salah satu pencapaian besar fisika matematika abad ke-19.

Heinrich Hertz mengatakan tentang persamaan Maxwell, "Tidak mungkin untuk mempelajari teori yang luar biasa ini tanpa merasa seolah-olah persamaan matematika memiliki kehidupan dan kecerdasannya sendiri yang mandiri, seolah-olah mereka lebih bijaksana daripada diri kita sendiri, bahkan lebih bijaksana daripada penemunya, seolah-olah mereka memberi lebih dari yang dia berikan kepada mereka." Hertz menggunakan persamaan Maxwell untuk menghasilkan gelombang radio, yang mengarah ke penemuan radar dan banyak lagi.

Maxwell juga memperkenalkan konsep medan elektromagnetik dibandingkan dengan garis gaya yang dijelaskan Faraday. Dengan memahami perambatan elektromagnetisme sebagai bidang yang dipancarkan oleh partikel aktif, Maxwell dapat memajukan karyanya tentang cahaya. Pada saat itu, Maxwell percaya bahwa perambatan cahaya memerlukan media untuk gelombang tersebut, yang dijuluki eter bercahaya. Seiring waktu, keberadaan media semacam itu, menembus semua ruang tetapi tampaknya tidak dapat dideteksi dengan cara mekanis, terbukti tidak mungkin untuk diselaraskan dengan eksperimen seperti eksperimen Michelson–Morley.Michelson, Albert Abraham; Morley, Edward Williams (1887). "On the Relative Motion of the Earth and the Luminiferous Ether". American Journal of Science. 34 (203): 333–345. Bibcode:1887AmJS...34..333M. doi:10.2475/ajs.s3-34.203.333. S2CID 124333204. Archived from the original on 1 August 2020. Retrieved 13 September 2019. Selain itu, tampaknya membutuhkan kerangka acuan absolut di mana persamaan itu valid, dengan hasil yang tidak menyenangkan bahwa persamaan berubah bentuk untuk pengamat yang bergerak. Kesulitan-kesulitan ini mengilhami Albert Einstein untuk merumuskan teori relativitas khusus; dalam prosesnya Einstein meniadakan persyaratan aether bercahaya stasioner.Einstein, Albert. "Ether and the Theory of Relativity". Archived from the original on 21 November 2013. Retrieved 19 December 2013.

 Penglihatan warna 
Seperti sebagian besar fisikawan pada masa itu, Maxwell memiliki ketertarikan yang kuat pada psikologi. Mengikuti jejak Isaac Newton dan Thomas Young, dia sangat tertarik mempelajari penglihatan warna. Dari tahun 1855 hingga 1872, Maxwell menerbitkan serangkaian investigasi tentang persepsi warna, kebutaan warna, dan teori warna, dan dianugerahi Medali Rumford untuk "On the Theory of Color Vision".

Isaac Newton telah mendemonstrasikan, dengan menggunakan prisma, bahwa cahaya putih, seperti sinar matahari, terdiri dari sejumlah komponen monokromatik yang kemudian dapat digabungkan kembali menjadi cahaya putih. Newton juga menunjukkan bahwa cat oranye yang terbuat dari kuning dan merah dapat terlihat persis seperti cahaya oranye monokromatik, meskipun terdiri dari dua lampu kuning dan merah monokromatik. Oleh karena itu paradoks yang membingungkan fisikawan pada masa itu: dua lampu kompleks (terdiri dari lebih dari satu cahaya monokromatik) dapat terlihat serupa tetapi secara fisik berbeda, disebut metamer. Thomas Young kemudian mengusulkan bahwa paradoks ini dapat dijelaskan dengan warna yang dirasakan melalui sejumlah saluran di mata, yang ia usulkan menjadi tiga kali lipat,Young, Thomas (1804). "Bakerian Lecture: Experiments and calculations relative to physical optics". Philosophical Transactions of the Royal Society. 94: 1–16. Bibcode:1804RSPT...94....1Y. doi:10.1098/rstl.1804.0001. S2CID 110408369. Archived from the original on 27 April 2016.  teori warna trikromatik. Maxwell menggunakan aljabar linier yang dikembangkan baru-baru ini untuk membuktikan teori Young. Cahaya monokromatik apa pun yang merangsang tiga reseptor harus dapat distimulasi secara setara oleh satu set tiga lampu monokromatik yang berbeda (sebenarnya, oleh set tiga lampu berbeda mana pun). Dia mendemonstrasikan hal itu,Maxwell, James Clerk (1857). "XVIII.—Experiments on Colour, as perceived by the Eye, with Remarks on Colour-Blindness". Transactions of the Royal Society of Edinburgh. Royal Society of Edinburgh. 21 (2): 275–298. doi:10.1017/S0080456800032117. S2CID 123930770. Archived from the original on 1 August 2020. Retrieved 10 March 2020. menciptakan eksperimen pencocokan warna dan Colourimetri.

Maxwell juga tertarik untuk menerapkan teorinya tentang persepsi warna, yaitu dalam fotografi warna. Berasal langsung dari karya psikologisnya tentang persepsi warna: jika jumlah dari tiga cahaya dapat mereproduksi warna apa pun yang dapat dilihat, maka foto berwarna dapat dihasilkan dengan satu set tiga filter berwarna. Dalam makalahnya pada tahun 1855, Maxwell mengusulkan bahwa, jika tiga foto hitam-putih dari sebuah pemandangan diambil melalui filter merah, hijau, dan biru, dan cetakan transparan dari gambar tersebut diproyeksikan ke layar menggunakan tiga proyektor yang dilengkapi dengan filter serupa, ketika ditumpangkan pada layar hasilnya akan dirasakan oleh mata manusia sebagai reproduksi lengkap dari semua warna dalam pemandangan.Maxwell, James Clerk (1855). "Experiments on Colour, as Perceived by the Eye, with Remarks on Colour-Blindness". Transactions of the Royal Society of Edinburgh. 21 (2): 275–298. doi:10.1017/S0080456800032117. S2CID 123930770. Archived from the original on 1 August 2020. Retrieved 10 March 2020. (This thought-experiment is described on pages 283–284. The short-wavelength filter is specified as "violet", but during the 19th century "violet" could be used to describe a deep violet-blue such as the colour of cobalt glass.)

Selama kuliah Royal Institution tahun 1861 tentang teori warna, Maxwell mempresentasikan demonstrasi fotografi warna pertama di dunia dengan prinsip analisis dan sintesis tiga warna ini. Thomas Sutton, penemu kamera refleks lensa tunggal, mengambil gambarnya. Dia memotret pita tartan tiga kali, melalui filter merah, hijau, dan biru, juga membuat foto keempat melalui filter kuning, yang menurut Maxwell tidak digunakan dalam demonstrasi. Karena pelat fotografi Sutton tidak peka terhadap warna merah dan hampir tidak peka terhadap warna hijau, hasil percobaan perintis ini jauh dari sempurna. Catatan yang dipublikasikan dari kuliah tersebut menyatakan bahwa "jika gambar merah dan hijau difoto sepenuhnya seperti gambar biru", itu "akan menjadi gambar pita yang benar-benar berwarna. Dengan menemukan bahan fotografi lebih sensitif terhadap sinar refrangible, representasi warna objek mungkin sangat meningkat."  Para peneliti pada tahun 1961 menyimpulkan bahwa keberhasilan parsial yang tampaknya tidak mungkin dari paparan filter merah disebabkan oleh sinar ultraviolet, yaitu sangat tecermin oleh beberapa pewarna merah, tidak sepenuhnya diblokir oleh filter merah yang digunakan, dan dalam kisaran sensitivitas proses collodion basah yang digunakan Sutton.

 Teori kinetik dan termodinamika 
Maxwell juga menyelidiki teori kinetik gas. Berasal dari Daniel Bernoulli, teori ini dikemukakan oleh kerja keras berturut-turut dari John Herapath, John James Waterston, James Joule, dan khususnya Rudolf Clausius, sedemikian rupa sehingga akurasi umumnya tidak diragukan lagi; tetapi menerima perkembangan besar dari Maxwell, yang di bidang ini muncul sebagai eksperimen (tentang hukum gesekan gas) serta ahli matematika.

Antara tahun 1859 dan 1866, ia mengembangkan teori distribusi kecepatan dalam partikel gas, yang kemudian digeneralisasikan oleh Ludwig Boltzmann. Rumusnya, disebut distribusi Maxwell–Boltzmann, memberikan fraksi molekul gas yang bergerak dengan kecepatan tertentu pada suhu tertentu. Dalam teori kinetik, suhu dan panas hanya melibatkan gerakan molekul. Pendekatan ini menggeneralisasi hukum termodinamika yang telah ditetapkan sebelumnya dan menjelaskan pengamatan dan eksperimen yang ada dengan cara yang lebih baik daripada yang telah dicapai sebelumnya. Karyanya tentang termodinamika membuatnya merancang eksperimen pikiran yang kemudian dikenal sebagai iblis Maxwell, di mana hukum kedua termodinamika dilanggar oleh makhluk imajiner yang mampu menyortir partikel berdasarkan energi.Merali, Zeeya (14 November 2010). "Demonic device converts information to energy". Nature News. doi:10.1038/news.2010.606. Archived from the original on 19 August 2017. Retrieved 5 August 2017.

Pada tahun 1871, ia menetapkan hubungan termodinamika Maxwell, yang merupakan pernyataan kesetaraan di antara turunan kedua dari potensial termodinamika sehubungan dengan variabel termodinamika yang berbeda. Pada tahun 1874, ia membangun visualisasi termodinamika plester sebagai cara untuk menjelajahi transisi fase, berdasarkan makalah grafis termodinamika milik ilmuwan Amerika Josiah Willard Gibbs.West, Thomas G. (February 1999). "James Clerk Maxwell, Working in Wet Clay". SIGGRAPH Computer Graphics Newsletter. 33 (1): 15–17. doi:10.1145/563666.563671. S2CID 13968486. Archived from the original on 19 April 2021. Retrieved 1 July 2013.Cropper, William H. (2004). Great Physicists: The Life and Times of Leading Physicists from Galileo to Hawking. Oxford University Press. p. 118. ISBN 978-0-19-517324-6. Archived from the original on 3 December 2016.

 Teori kontrol 
Maxwell menerbitkan makalah "Tentang gubernur" dalam Proceedings of the Royal Society, vol. 16 (1867–1868).Maxwell, James Clerk (1868). "On Governors". Proceedings of the Royal Society of London. 16: 270–283. doi:10.1098/rspl.1867.0055. JSTOR 112510. Makalah ini dianggap sebagai makalah sentral dari hari-hari awal teori kontrol.Mayr, Otto (1971). "Maxwell and the Origins of Cybernetics". Isis. 62 (4): 424–444. doi:10.1086/350788. S2CID 144250314. Di sini "gubernur" mengacu pada gubernur atau gubernur sentrifugal yang digunakan untuk mengatur mesin uap.

 Publikasi 





 See also: 
 Tiga kontribusi Maxwell untuk Encyclopædia Britannica muncul dalam Edisi Kesembilan (1878): Atom, Attraction, dan Ether; dan tiga kontribusinya dalam Edisi Kesebelas (1911): Capillary Action, Diagram, and Faraday, Michael

 Referensi 


 maxwell.asp



 Pranala luar 


  Maxwell Year 2006

Kategori:Fisikawan Skotlandia