ג'יימס קלרק מקסוול

ממוזער|שמאל|מקסוול
[200px|שמאל|ממוזער|פסל של מקסוול ב[אדינבורו]]
**גֵ'יימְס קְלֵרְק מַקְסְוֶל** (באנגלית: **James Clerk Maxwell**; 13 ביוני 1831 – 5 בנובמבר 1879) היה פיזיקאי סקוטי. מקסוול פיתח את מערכת משוואות מקסוול המבטאות את חוקי החשמל והמגנטיות. משוואות אלו כוללות גם שיפור חשוב של חוק אמפר. חקר את האור כתופעה אלקטרומגנטית, ופיתח את התפלגות מקסוול-בולצמן החשובה לתאוריה הקינטית של הגזים. תגליות אלו פתחו דרך לפיתוח עבודות בתחום תורת היחסות ומכניקה קוונטית. מקסוול הוכיח שהשדה החשמלי והמגנטי מתפשטים בצורת גל במהירות האור.

מתייחסים אל מקסוול כאל המדען בן המאה ה-19 שהשפיע בצורה הרבה ביותר על המאה ה-20. בשנת 1931, בחגיגות המאה להולדתו של מקסוול, תיאר איינשטיין את עבודתו של מקסוול כ"עמוקה והפורה ביותר בפיזיקה מאז ימי אייזק ניוטון". ריצ'רד פיינמן אמר "ממבט רחב על ההיסטוריה של האנושות – נניח כפי שתיראה בעוד עשרת אלפים שנה – כמעט שאין ספק שהאירוע המשמעותי ביותר של המאה ה-19 ייחשב לגילוי חוקי האלקטרודינמיקה על ידי מקסוול."

את עבודתו של מקסוול מאפיינים שימושים באלגברה בשיתוף מרכיבים מגאומטריה. מקסוול הדגים שהכוחות החשמליים והמגנטיים הם חלקים משלימים של אלקטרומגנטיות. הוא הראה ששדות חשמליים ומגנטיים נעים בחלל בצורה של גל אלקטרומגנטי, במהירות קבועה של 3.0 × 108 m/s. הוא גם הציע שאור הוא צורה של קרינה אלקטרומגנטית. על גילוייו אלו זכה במדליית רמפורד בשנת 1860.

## ביוגרפיה
מקסוול נולד ב-13 ביוני 1831 באדינבורו למשפחה סקוטית מהמעמד הבינוני האמיד. שם המשפחה המקורי היא קלרק (Clerk) השם הנוסף, מקסוול, נוסף לאחר שאביו, שהיה עורך דין, ירש את אחוזת מידלבּי (Middlebie) מקרובי משפחה בשם מקסוול. ג'יימס היה ילד יחיד. הוריו נישאו בגיל מאוחר יחסית, ואמו הייתה בת ארבעים בעת לידתו. זמן קצר לאחר מכן עברה המשפחה מאדינבורו לבית הכפרי Glenlair , שהיה חלק מאחוזת מידלבּי.

בשנת 1839 נפטרה אמו נפטרה מסרטן בבטן – אותה מחלה שממנה נפטר מקסוול עצמו שנים רבות אחר כך, בגיל זהה. לאחר מותה נשכר עבורו מורה פרטי שלא הצטיין במיוחד ואף טען כי ג'יימס מתקשה בלימודיו. למעשה, כבר בגיל צעיר הפגין מקסוול סקרנות רבה וזיכרון יוצא דופן. לבסוף סייעה דודתו, ג’יין קיי (Jane Cay), ובשנת 1841 נשלח ללמוד בבית ספר פרטי "אקדמיית אדינבורו" . בין תלמידי בית הספר היו גם הביוגרף העתידי שלו Lewis Campbell וחברו הקרוב Peter Guthrie Tait.

תחומי העניין של מקסוול חרגו הרבה מעבר לחומר הלימוד הרשמי בבית הספר, והוא לא הקדיש תשומת לב מיוחדת להישגים בבחינות. הוא גילה כישורים טובים במתמטיקה: מאמרו המדעי הראשון פורסם כשהיה בן 14 בלבד. במאמר זה תיאר שיטה ליצירת סדרה כללית של עקומות אובליות שניתן לשרטט באמצעות סיכות וחוטים, בדומה לאופן שבו משרטטים אליפסה. העניין העמוק שלו בגאומטריה ובמודלים מכניים ליווה אותו לאורך כל הקריירה המדעית שלו וסייע לו רבות במחקריו המאוחרים.

בגיל 16 החל מקסוול ללמוד באוניברסיטת אדינבורו שם פרסם שני מאמרים מדעיים נוספים. בשנת 1850, לאחר קבלת תואר במתמטיקה, נסע לאוניברסיטת קיימברידג'. במקום זה החלו יכולותיו יוצאות הדופן לקבל הכרה רחבה. הוא סיים את לימודיו קיימברידג' בשנת 1854.

בתקופה זו המשיך לעבוד על מחקר בנושא הצבעים שהתחיל אותו עוד באדינבורו וסיים בשנת 1855. הוא הוכיח, בין היתר, שצבע לבן הוא תוצאה של ערבוב ירוק, אדום וכחול.
על גילוייו בתחום זה זכה במדליית רמפורד בשנת 1860.

בשנת 1865 עבר לאחוזה המשפחתית והתפטר מעבודתו בקינגס קולג' לונדון. ב-1871 התחיל לעבוד כפרופסור לפיזיקה באוניברסיטת קיימברידג' והיה אחראי על פיתוח מעבדת קוונדיש.

מקסוול נפטר בקיימברידג' בגיל 48 ונטמן בסקוטלנד.

## תצלום הצבע הראשון בהיסטוריה
[שמאל|ממוזער|150px|"[סרט טארטן", 1861, תצלום הצבע הראשון בהיסטוריה שאותו יצר מקסוול בעזרת שלושה דימויים ושלושה מקרנים]]

מקסוול תרם גם לתחום האופטיקה וראיית הצבעים, ולזכותו נזקף הגילוי שניתן ליצור צילום צבעוני בעזרת מסננים בצבעי אדום, ירוק וכחול. בהנחייתו צילם הצלם תומאס סקוט בשנת 1861 סרט טארטן. האובייקט צולם שלוש פעמים, כל פעם דרך מסנן אופטי בצבע שונה שהונח לפני עדשת המצלמה: מסנן אדום, ירוק וכחול. שלושת הדימויים פותחו ואחר כך הוקרנו דרך שלושה מקרנים שונים, על כל מקרן הושם מסנן בגוון בו צולם הדימוי אותו הקרין. שלושת המקרנים יצרו שלוש הקרנות בצבעים שונים של אותו הדימוי, וכאשר אוחדו שלוש ההקרנות, זו על גבי זו, נוצר דימוי רב-צבעים, ששחזר את צבעי האובייקט המקורי. היה זה תצלום הצבע הראשון בהיסטוריה. שלושת לוחות הצילום נמצאים במוזיאון קטן ברחוב אינדיה מספר 14 באדינבורו, בבית בו נולד מקסוול.

## התאוריה הקינטית של הגזים

אחת התגליות החשובות של מקסוול היא בתחום פיתוח התאוריה הקינטית של הגזים. בתחום זה תרם גם כעורך ניסויים וגם כמתמטיקאי. בשנת 1866 בנפרד מלודביג בולצמן ניסח את התאוריה הקינטית של הגזים (הקרויה כיום על שם מקסוול-בולצמן). הנוסחה שלו (התפלגות מקסוול) נותנת אפשרות לחשב מהו אחוז המולקולות של גז שנע במהירות מסוימת בטמפרטורה נתונה. גישת מקסוול אפשרה להכליל חוקים ידועים של תרמודינמיקה ולהסביר בצורה טובה יותר את התצפיות והניסויים השונים. עבודתו של מקסוול בתחום זה אפשרה לו להמציא ניסוי מחשבתי הידוע כשד של מקסוול.

## אלקטרומגנטיות
מחקריו של מקסוול בתחום האלקטרומגנטיות הם שהעמידו אותו בין גדולי המדענים בהיסטוריה. בהקדמה לספרו A Treatise on Electricity and Magnetism משנת 1873 — שנחשב להצגה המקיפה והחשובה ביותר של תורתו — ציין מקסוול כי משימתו העיקרית הייתה לתרגם את הרעיונות הפיזיקליים של מייקל פאראדיי לשפה מתמטית. 

בניסיון להמחיש את חוק ההשראה של פאראדיי - הקובע ששדה מגנטי המשתנה בזמן יוצר שדה אלקטרומגנטי מושרה - בנה מקסוול מודל מכני. מן המודל עלה קיומו של “זרם העתקה” (displacement current) בתוך החומר הדיאלקטרי, שיכול לשמש מצע להיווצרותם של גלים רוחביים. לפי חישוביו מהירות גלים אלו היא 310,740,000 מטר לשנייה, מהירות קרובה מאוד למהירות האור. 

באותה תקופה האמין מקסוול שלצורך התפשטות האור נדרש תווך מיוחד, אתר. עם הזמן, התברר שקיומו של תווך זה אינו ניתן להבחנה בשום אמצעי ואינו מתיישב עם תוצאות ניסוי מייקלסון-מורלי. קשיים אלו נתנו השראה לאלברט איינשטיין לנסח את תורת היחסות.

מקסוול קישר את התופעות של חשמל ומגנטיות ב-20 משוואות דיפרנציאליות עם 20 משתנים. המשוואות, ידועות כ**[[משוואות מקסוול]]** הוצגו בחברה המלכותית בשנת 1864. הן מסבירות את הקשר בין השדה החשמלי ושדה ההשראות המגנטית. בשנת 1865, תִמצת מקסוול את המשוואות ל-8, אך גם הן כתובות בצורה סבוכה בשל היעדר האופרטורים רוטור ודיברגנץ. הכתיב הווקטורי, של 4 משוואות פותח על ידי אוליבר הביסייד והוא זה המשמש מאז ועד היום. עבודות אלו נחשבות לאחד מההישגים הגדולים של הפיזיקה במאה ה-19.

ארבע משוואות מקסוול הן חוק גאוס, חוק גאוס למגנטיות, חוק פאראדיי וחוק אמפר (עם תיקון מקסוול). ארבע משוואות אלה נותנות תיאור מלא של השדה האלקטרומגנטי בהינתן המקורות של השדות, כלומר הזרמים והמטענים. הדינמיקה של המקורות נקבעת על ידי כח קולון וכוח לורנץ, והחוק השני של ניוטון (או ההכללה היחסותית שלו). ארבע משוואות מקסוול יחד עם משואות ניוטון למקורות מהוות תיאור מתמטי שלם של תורת החשמל והמגנטיות הקלאסית. למעשה, חוק לורנץ נוסח על ידי מקסוול כאחת משמונה משוואות מקסוול המקוריות. 

התיאוריה של מקסוול רמזה כי ניתן ליצור גלים אלקטרומגנטיים באופן מלאכותי. אפשרות זו הודגמה לראשונה בשנת 1887 על ידי היינריך הרץ, שמונה שנים לאחר מותו של מקסוול. תגלית זו הניחה את היסודות להתפתחות תעשיית הרדיו וליישומיה הרבים, שמקורם בעבודותיו של מקסוול.

## מתמטיקה
בשנים 1867–1868 פרסם את "On governors". בשנותיה הראשונות של תורת הבקרה, נחשבה עבודה זו לעבודה קלאסית.

## הנצחתו
מקסוול דורג במקום ה-24 ברשימת האנשים המשפיעים בהיסטוריה של מיכאל חארט, ובמקום ה-89 בסקר של ה-BBC על הבריטים המפורסמים.

מספר גדלים, אתרים ומונחים נושאים כיום את שמו:
* יחידת מדידה של שטף מגנטי – מקסוול.
* הר מקסוול – מערכת הרים בנוגה.
* מרווח מקסוול בטבעות שבתאי.
* טלסקופ מקסוול הוא בין הרדיו-טלסקופים הגדולים בעולם – קוטרו 15 מטר.
* גשר מקסוול הכולל נגדים, קבל וסליל.
* בשנת 1977 נחנך בניין מקסוול באוניברסיטת אדינבורו.
* מקסוול – ארכיטקטורה למעבדים גרפיים תוצרת אנבידיה.

## ראו גם
* השד של מקסוול
* הרי מקסוול

## קישורים חיצוניים

* 
* אתר על מקסוול
* 
* 
* בחזרה אל תאוריית האתר
* 
* 
* 
* 
* 
* "כשהעולם הפך לצבעוני" – פרק על מקסוול וצילום הצבע הראשון בהיסטוריה בהסכת "עושים מינהר"

## הערות שוליים

קטגוריה:בוגרי אוניברסיטת אדינבורו
קטגוריה:פיזיקאים שעל שמם כוכב לכת מינורי
קטגוריה:פיזיקאים בריטים
קטגוריה:מדענים סקוטים
קטגוריה:צילום ומדע
קטגוריה:סגל אוניברסיטת קיימברידג'
קטגוריה:אישים הקבורים במנזר וסטמינסטר
קטגוריה:עמיתי החברה המלכותית
קטגוריה:סגל אוניברסיטת אברדין
קטגוריה:סגל קינגס קולג' לונדון
קטגוריה:חלוצי הצילום
קטגוריה:אישים שעל שמם יחידות מידה
קטגוריה:זוכי מדליית רמפורד
קטגוריה:בוגרי טריניטי קולג' (קיימברידג')
קטגוריה:חברי האקדמיה למדעים ולאמנויות של גטינגן
קטגוריה:מונצחים בשלט כחול של ארגון המורשת האנגלית
קטגוריה:בריטים שנולדו ב-1831
קטגוריה:בריטים שנפטרו ב-1879