الأعمال العلمية لجيمس ماكسويل. سيرة جيمس ماكسويل

جيمس كليرك ماكسويل (1831-1879) هو شخصية بارزة في عصر التنوير الاسكتلندي ، وقد فعل الكثير لتحديث تراث السلتيين ، الذين تفاعلوا مع الفضاء من موقع اللون والضوء. قدم ماكسويل مساهمة لا تقدر بثمن في فهم الثقافات القديمة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن أعماله في الديناميكا الكهربائية هي أساس عقيدة تطوير الوعي البشري والتحكم فيه من خلال الموجات الكهرومغناطيسية.

خلق ماكسويل نظام أساسينظرية الضوء ، التي كانت متقدمة في ذلك الوقت وحتى اليوم تتقدم على قدرة الشخص على تجربة اللون. لقد أثبت علميًا أهمية الفهم الدقيق لخصائص التردد الثمانية للون ، والتي تحدد إمكانيات وعينا. من المهم بشكل خاص ملاحظة دراسته للون الثامن - الأبيض ، والذي أظهره كشكل يتكون من خصائص التردد للأحمر والأخضر و زهور أرجوانية. هذا يعني أن الألوان الثلاثة التي تحدد مؤشرات التردد الأدنى والأعلى والمتوسط ​​تتشكل لون أبيض.

في الواقع ، ابتكر نظرية عظيمة لهندسة اللون ، والتي لم تصبح مطلوبة من قبل المجتمع من أجل التنمية البشرية ، ولكنها دخلت في المستوى العلمي - تعمل مع اهتزازات تردد مختلفة. لكن اللون الأبيض ، في الواقع ، هو مثلث متساوي الساقين مع مركز دوران (وهو أيضًا نقطة مزج من ثلاثة ألوان). يعمل جسمنا بطريقة مماثلة إذا فهمناه على أنه مثلث (لكن هذا فقط إذا فهمناه على أنه مثلث). إذا أعدنا إنشاء نقطة خلط مماثلة في الجسم ، فيمكننا الحصول على أعلى استجابة تردد مرتبطة باللون الأبيض. هذا ليس مجرد تأثير كهرومغناطيسي ، بل إمكانية عيش أرواحنا.

هذه هي الطريقة التي نغير بها السلوك الروابط الجزيئيةداخل أجسامنا ويمكننا أن نعارض المجال المغناطيسي. لكن الشيء الأكثر أهمية هو أن ماكسويل أظهر مدى تقدم هذه الحركة ، أي التراكم ، حيث يمكنك إثبات اللامحدودة لتطور أجسامنا ووعينا. وقاعدة المخادع المعروفة التي ندرسها تقنيًا تحمل فهمًا مفاهيميًا مختلفًا تمامًا.

للأسف ، لا تزال المعرفة العظيمة لماكسويل تُدرس وتُفسر بشكل غير صحيح. ولكن هنا يتم شرح إمكانية الفهم ، أو بالأحرى ، الإدراك. حالة فيزيائيةالمحور كعضو موهوب المؤشرات الكهربائيةبتردد خاص.

يسمح وجود هذا المحور لأي شخص بتحويل كل خصائص طاقته ، لإنشاء "قمة" داخلية ، والتي ، بالمناسبة ، أثبت ماكسويل ليس فقط من خلال نظريته عن الألوان ، ولكن أيضًا من خلال تجربة إلقاء قطة ( قدرتها على الهبوط على أربع أرجل).

لكن لماذا يعتبر اللون مهمًا جدًا بالنسبة لنا في هذا الصدد؟ لأن استجابة اللون في الدماغ قد طغت على جميع الاستجابات الأخرى في أجسامنا. بدون تعلم إدراك اللون والاستجابة له بشكل صحيح ، سنظل نعتمد على رد الفعل هذا ، وسوف يتداخل مع جميع التصورات الأخرى. اللون هو أساس رؤيتنا ، والرؤية هي أساس روحنا ، أي أن الروح البشرية تتغذى أساسًا على اللون. أهم شيء هو التعامل مع الألوان الثلاثة - الأحمر والأخضر والأرجواني (الأزرق).

من الواضح أن ماكسويل لم يخوض في ما كشفه ، ولكن من المهم أنه أشار إليه ، حيث تم وضع أساس التربية البشرية وتطوير نوعية الملاحظة الخاصة به هنا. مهما كان ما نقوم به ، فإننا نعتمد على اللون - سواء في المكان الذي نعيش فيه أو في الملابس التي نرتديها. وحتى في الطعام الذي نأكله. هذا هو نظام حقيقي مع المؤشرات الماديةوالقوة المقابلة. لذا فإن هذا الأسكتلندي العظيم لم يمنح البشرية مفاتيح معرفة الطبيعة فحسب ، بل أوضح أيضًا فكرة الترتان (تلوين خلايا الأنسجة في العائلات والمنظمات الاسكتلندية) ، نظام العشائر في الاسكتلنديين ، حيث مزيج العشيرة التنمية مخفية. الترتان هي صيغة لها مؤشرات التردد الخاصة بها.

دولة:بريطانيا العظمى

مجال النشاط:العلوم والفيزياء

أعظم إنجاز:أصبح مؤسس الديناميكا الكهربائية.

منذ أن اكتشف العلم للبشرية جمعاء ، حاول الجميع أن يجدوا شيئًا جديدًا فيه. واكتب اسمك في التاريخ. بالطبع ، الأشخاص المولعون بالعلوم الإنسانية لا يعرفون أسماء الفيزيائيين والكيميائيين وعلماء الرياضيات. لكن ، مع ذلك ، هناك بعض الشخصيات التي يسمعها الجميع ، حتى الشخص الذي ليس لديه فكرة عن ماهية الفيزياء. جيمس ماكسويل هو أحد العلماء الذين تركوا بصماته على تاريخ الرياضيات والفيزياء.

جيمس كليرك ماكسويل ، فيزيائي اسكتلندي ، اشتهر بصياغته للنظرية الكهرومغناطيسية. يعتبره معظم الفيزيائيين المعاصرين عالم القرن التاسع عشر الذي كان له التأثير الأكبر في فيزياء القرن العشرين ، ويصنف مع إسحاق نيوتن والطبيعة الأساسية لإسهاماته.

السنوات المبكرة

ولد عالم الفيزياء المستقبلي في 13 يونيو 1831 في إدنبرة. كان اللقب الأصلي هو Clerk ، وهو لقب إضافي أضافه والده ، الذي كان يعمل محاميًا وورث ملكية Middleby. كان جيمس الطفل الوحيد. تزوج والديه في وقت متأخر جدًا في تلك الأيام ، وكانت والدته تبلغ من العمر 40 عامًا وقت ولادته. قضى الصبي طفولته في ملكية ميدلبي ، والتي أعيدت تسميتها بـ جلينلار.

توفيت والدته عام 1839 بالسرطان تجويف البطن، وأصبح الأب الشخصية الرئيسية في التعليم. بفضله أصبح جيمس الشاب مهتمًا بالعلوم الدقيقة. في المدرسة ، أظهر فضولًا شديدًا عمر مبكروكان له ذاكرة هائلة. في عام 1841 تم إرساله إلى المدرسة في أكاديمية ادنبره. وكان من بين الطلاب الآخرين كاتب سيرته الذاتية المستقبلي لويس كامبل وصديقه بيتر جوثري تيت.

تجاوزت اهتمامات ماكسويل المناهج الدراسية إلى حد بعيد ، ولم يهتم كثيرًا بنتائج الاختبارات. وصفت أول ورقة علمية له ، نُشرت عندما كان يبلغ من العمر 14 عامًا فقط ، سلسلة معممة من المنحنيات البيضاوية التي يمكن تتبعها باستخدام المسامير والخيوط بطريقة مشابهة للقطع الناقص. استمر هذا الانبهار بالهندسة والنماذج الميكانيكية طوال حياته المهنية وكان له مساعدة كبيرة في أبحاثه اللاحقة.

في سن ال 16 التحق بجامعة ادنبره ، حيث قرأ بنهم كتبا في جميع المواد ونشر ورقتين علميتين أخريين. في عام 1850 دخل كامبريدج. بعد التخرج ، عُرض على جيمس وظيفة تدريس. في ذلك الوقت ، كان مهتمًا بالكهرباء والألوان ، والتي ستشكل فيما بعد أساس أول صورة ملونة.

مهنة واكتشافات جيمس موسكويل

في عام 1854 واصل العمل في كلية ترينيتي ، ولكن مع تدهور صحة والده ، اضطر للعودة إلى اسكتلندا. في عام 1856 تم تعيينه أستاذًا للفلسفة الطبيعية في كلية ماريشال ، أبردين ، لكن هذا التعيين طغت عليه الأخبار المحزنة عن وفاة والده. كانت خسارة شخصية كبيرة لماكسويل ، حيث كانت تربطه علاقة وثيقة بوالده. في يونيو 1858 ، تزوج ماكسويل من كاثرين ديوار ، ابنة مدير الكلية حيث بدأ العمل. لم يكن للزوجين أطفال ، ولكن كانت هناك علاقات ثقة واحترام متبادل.

في عام 1860 ، اندمجت Marischal و King's College لتشكيل جامعة أبردين. طُلب من ماكسويل ترك المنصب. تقدم بطلب للحصول على وظيفة في جامعة إدنبرة ولكن تم رفضه لصالح صديقه المدرسي تيت. بعد رفضه ، ينتقل جيمس إلى لندن.

كانت السنوات الخمس التالية بلا شك الأكثر مثمرة في حياته المهنية. خلال هذه الفترة ، تم نشر اثنين من أعماله الكلاسيكية في المجال الكهرومغناطيسي ، وكان هناك عرض توضيحي للتصوير الفوتوغرافي الملون. قاد ماكسويل تعريف تجريبيوحدات كهربائية للجمعية البريطانية لتقدم العلوم ، وأدى هذا القياس والتوحيد القياسي إلى إنشاء مختبر الفيزياء الوطني.

كانت أبحاث ماكسويل حول الكهرومغناطيسية هي التي جعلت منه اسمًا بين كبار علماء التاريخ. في مقدمة أطروحته حول الكهرباء والمغناطيسية (1873) ، ذكر ماكسويل أن مهمته الرئيسية كانت تحويل أفكار فاراداي الفيزيائية إلى شكل رياضي. في محاولة لتوضيح قانون فاراداي للحث (أن المجال المغناطيسي المتغير ينتج مجالًا كهرومغناطيسيًا مستحثًا) ، بنى ماكسويل نموذجًا ميكانيكيًا. وجد أن النموذج يولد "تيار إزاحة" مقابل في الوسط العازل ، والذي يمكن أن يكون موقع موجات القص. بحساب سرعة هذه الموجات ، وجد أنها قريبة جدًا من سرعة الضوء.

اقترحت نظرية ماكسويل أنه يمكن توليد الموجات الكهرومغناطيسية في المختبر ، وهو احتمال أوضحه لأول مرة هاينريش هيرتز في عام 1887 ، بعد ثماني سنوات من وفاة ماكسويل. بالإضافة إلى نظريته الكهرومغناطيسية ، قدم ماكسويل مساهمات كبيرة في مجالات الفيزياء الأخرى. في وقت مبكر من سن العشرين ، أظهر إتقانه للفيزياء الكلاسيكية من خلال كتابة مقال عن حلقات زحل ، حيث خلص إلى أن الحلقات يجب أن تتكون من كتل غير مرتبطة من المادة - وهو استنتاج تم تأكيده على مدى 100 عام لاحقًا. أول مسبار فوييجر الفضائي يصل إلى الكوكب الدائري.

السنوات الأخيرة من الحياة

في عام 1871 انتُخب ماكسويل أستاذًا جديدًا في كلية كافنديش ، كامبريدج. شرع في تصميم المختبر المحلي وأشرف على بنائه. كان لدى ماكسويل عدد قليل من الطلاب ، لكنهم كانوا من أعلى المستويات ومن بينهم ويليام د.

خلال عيد الفصح عام 1879 ، أصيب ماكسويل بمرض خطير - اتضح أنه سرطان في البطن. الذي ماتت منه أمه. غير قادر على إلقاء المحاضرة كما كان من قبل ، وعاد إلى Glenlare في يونيو ، لكن حالته لم تتحسن. فيزيائي عظيمتوفي جيمس ماسكويل في 5 نوفمبر 1879. ومن المفارقات أن ماكسويل لم يتلق أي تكريم علني ودُفن بهدوء في مقبرة صغيرة في قرية بارتون باسكتلندا.

نشرت العديد من المنشورات والمجلات العلمية مؤخرًا مقالات حول الإنجازات التي تحققت في الفيزياء والعلماء المعاصرين ، كما أن المنشورات حول علماء الفيزياء في الماضي نادرة. نود تصحيح هذا الموقف واستدعاء أحد علماء الفيزياء البارزين في القرن الماضي ، جيمس كليرك ماكسويل. هذا الفيزيائي الإنجليزي الشهير ، والد الديناميكا الكهربائية الكلاسيكية والفيزياء الإحصائية والعديد من النظريات والصيغ الفيزيائية والاختراعات الأخرى. أصبح ماكسويل المؤسس والرئيس الأول لمختبر كافنديش.

كما تعلم ، أتى ماكسويل من إدنبرة وولد عام 1831 لعائلة نبيلة ، كانت لها علاقة باللقب الاسكتلندي Clerks of Penicuik. قضت طفولة ماكسويل في عزبة غلينلار. كان أسلاف جيمس سياسيين وشعراء وموسيقيين وعلماء. ربما ، ورث ولع بالعلوم.

نشأ جيمس بدون أم (منذ وفاتها عندما كان عمره 8 سنوات) من قبل أب يعتني بالصبي. أراد الأب أن يدرس ابنه علوم طبيعية. وقع جيمس على الفور في حب التكنولوجيا وسرعان ما طور مهارات عملية. أخذ ليتل ماكسويل الدروس الأولى في المنزل بمثابرة ، لأنه لم يعجبه أساليب التعليم القاسية التي يستخدمها المعلم. تم إجراء مزيد من التدريب في مدرسة أرستقراطية ، حيث أظهر الصبي قدرات رياضية كبيرة. أحب ماكسويل الهندسة بشكل خاص.

بالنسبة للعديد من العظماء ، بدت الهندسة علمًا رائعًا ، وحتى في سن الثانية عشرة تحدث عن كتاب الهندسة باعتباره كتابًا مقدسًا. أحب ماكسويل الهندسة بالإضافة إلى الشخصيات العلمية البارزة الأخرى ، لكن كانت علاقته مع زملائه في المدرسة سيئة. لقد توصلوا باستمرار إلى ألقاب مسيئة له وكان أحد الأسباب هو ملابسه السخيفة. اعتبر والد ماكسويل غريب الأطوار واشترى ملابس ابنه التي جعلته يبتسم.

أظهر ماكسويل بالفعل في مرحلة الطفولة وعدًا كبيرًا في مجال العلوم. في عام 1814 تم إرساله للدراسة في مدرسة إدنبرة النحوية ، وفي عام 1846 حصل على وسام الاستحقاق في الرياضيات. كان والده فخوراً بابنه وأتيحت له الفرصة لتقديم إحدى الأوراق العلمية لابنه أمام مجلس إدارة أكاديمية إدنبرة للعلوم. يتعلق هذا العمل بالحسابات الرياضية للأشكال البيضاوية. ثم سمي هذا العمل "على رسم الأشكال البيضاوية وعلى الأشكال البيضاوية مع العديد من الحيل". كُتب عام 1846 ونُشر للجماهير عام 1851.

بدأ ماكسويل بدراسة الفيزياء بشكل مكثف بعد انتقاله إلى جامعة إدنبرة. أصبح كالاند وفوربس وآخرون أساتذته. لقد رأوا على الفور في جيمس إمكانات فكرية عالية ورغبة لا تُقاوم لدراسة الفيزياء. قبل هذه الفترة ، كان ماكسويل قد تعامل مع بعض فروع الفيزياء ودرس البصريات (لقد كرس الكثير من الوقت لاستقطاب الضوء وحلقات نيوتن). لقد ساعد في هذا عالم فيزيائي مشهوروليام نيكول ، الذي اخترع المنشور ذات مرة.

بالطبع ، لم يكن ماكسويل غريباً على العلوم الطبيعية الأخرى ، وهو انتباه خاصمكرس لدراسة الفلسفة وتاريخ العلوم وعلم الجمال.

في عام 1850 دخل كامبريدج ، حيث عمل نيوتن ذات مرة ، وفي عام 1854 حصل على شهادته الأكاديمية. بعد ذلك تطرق بحثه إلى مجال الكهرباء والتركيبات الكهربائية. وفي عام 1855 حصل على عضوية مجلس كلية ترينيتي.

كان أول عمل علمي مهم لماكسويل هو On Faraday's Lines of Force ، والذي ظهر عام 1855. في وقت ما ، قال بولتزمان عن مقال ماكسويل إن هذا العمل له معنى عميق ويظهر كيف يتعامل العالم الشاب بشكل هادف مع العمل العلمي. اعتقد بولتزمان أن ماكسويل لم يفهم فقط قضايا العلوم الطبيعية ، ولكنه قدم أيضًا مساهمة خاصة في الفيزياء النظرية. أوضح ماكسويل في مقالته جميع الاتجاهات في تطور الفيزياء خلال العقود القليلة القادمة. في وقت لاحق ، توصل Kirchhoff و Mach و. إلى نفس النتيجة.

كيف تم تشكيل معمل كافنديش؟

بعد الانتهاء من دراسته في كامبريدج ، بقي جيمس ماكسويل هنا مدرسًا وفي عام 1860 أصبح عضوًا في الجمعية الملكية في لندن. في الوقت نفسه ، انتقل إلى لندن ، حيث حصل على منصب رئيس قسم الفيزياء في King's College ، جامعة لندن. عمل في هذا المنصب لمدة 5 سنوات.

في عام 1871 ، عاد ماكسويل إلى كامبريدج وأنشأ أول مختبر في إنجلترا للبحث في مجال الفيزياء ، والذي أطلق عليه اسم مختبر كافنديش (تكريما لهنري كافنديش). تطوير المعمل الذي اصبح مركزا حقيقيا بحث علمي، كرس ماكسويل بقية حياته.

لا يُعرف الكثير عن حياة ماكسويل ، لأنه لم يحتفظ بأي ملاحظات أو مذكرات. كان شخصا متواضعا وخجولا. توفي ماكسويل عن عمر يناهز 48 عامًا بسبب السرطان.

ما هو الإرث العلمي لجيمس ماكسويل؟

غطى نشاط ماكسويل العلمي العديد من المجالات في الفيزياء: نظرية الظواهر الكهرومغناطيسية ، النظرية الحركية للغازات ، البصريات ، نظرية المرونة ، وغيرها. أول ما أثار اهتمام جيمس ماكسويل هو دراسة وإجراء البحوث في فسيولوجيا وفيزياء رؤية الألوان.

تمكن Maxwell لأول مرة من الحصول على صورة ملونة ، والتي تم الحصول عليها بسبب الإسقاط المتزامن للنطاق الأحمر والأخضر والأزرق. بهذا ، أثبت ماكسويل مرة أخرى للعالم أن الصورة الملونة للرؤية تستند إلى نظرية ثلاثية المكونات. يمثل هذا الاكتشاف بداية إنشاء الصور الملونة. في الفترة من 1857 إلى 1859 ، تمكن ماكسويل من التحقق من استقرار حلقات زحل. تقول نظريته أن حلقات زحل ستكون مستقرة فقط في ظل حالة واحدة - عدم ترابط الجسيمات أو الأجسام.

منذ عام 1855 ، أولى ماكسويل اهتمامًا خاصًا للعمل في مجال الديناميكا الكهربائية. هناك العديد من الأعمال العلمية لهذه الفترة "عن خطوط قوة فاراداي" و "في خطوط القوة المادية" و "رسالة في الكهرباء والمغناطيسية" و "النظرية الديناميكية" حقل كهرومغناطيسي».

ماكسويل ونظرية المجال الكهرومغناطيسي.

عندما بدأ ماكسويل في دراسة الظواهر الكهربائية والمغناطيسية ، كان الكثير منها قد دُرس جيدًا بالفعل. تم انشائه قانون كولوم, قانون أمبير، وقد ثبت أيضًا أن التفاعلات المغناطيسية مرتبطة بفعل الشحنات الكهربائية. كان العديد من العلماء في ذلك الوقت مؤيدين لنظرية المدى البعيد ، والتي تنص على أن التفاعل يحدث على الفور وفي مساحة فارغة.

لعبت الدراسات التي أجراها مايكل فاراداي (ثلاثينيات القرن التاسع عشر) الدور الرئيسي في نظرية الفعل قصير المدى. جادل فاراداي بأن طبيعة الشحنة الكهربائية تعتمد على المجال الكهربائي المحيط. يرتبط مجال الشحنة الواحدة بالشحنة المجاورة في اتجاهين. تتفاعل التيارات بمساعدة مجال مغناطيسي. وفقًا لفاراداي ، وصفه المجالات المغناطيسية والكهربائية في شكل خطوط قوة ، وهي خطوط مرنة في وسط افتراضي - في الأثير.

أيد ماكسويل نظرية فاراداي عن وجود المجالات الكهرومغناطيسية ، أي أنه كان مؤيدًا للعمليات الناشئة حول الشحن والتيار.

شرح ماكسويل أفكار فاراداي بشكل رياضي ، وهو ما تحتاجه الفيزياء حقًا. مع إدخال مفهوم المجال ، أصبحت قوانين كولوم وأمبير أكثر إقناعًا وذات مغزى عميق. في مفهوم الحث الكهرومغناطيسي ، كان ماكسويل قادرًا على النظر في خصائص المجال نفسه. تحت تأثير مجال مغناطيسي متناوب في مساحة فارغة ، يتم إنشاء مجال كهربائي بخطوط قوة مغلقة. تسمى هذه الظاهرة بالمجال الكهربائي الدوامي.

كان اكتشاف ماكسويل التالي هو أن المجال الكهربائي المتناوب يمكن أن يولد مجالًا مغناطيسيًا ، يشبه إلى حد كبير التيار الكهربائي العادي. كانت هذه النظرية تسمى فرضية الإزاحة الحالية. في المستقبل ، عبر ماكسويل عن سلوك المجالات الكهرومغناطيسية في معادلاته.

مرجع.معادلات ماكسويل هي معادلات تصف الظواهر الكهرومغناطيسية في مختلف الوسائط والفراغ ، وتشير أيضًا إلى الديناميكا الكهربائية العيانية الكلاسيكية. هذا استنتاج منطقي مستمد من تجارب تستند إلى قوانين الظواهر الكهربائية والمغناطيسية.
الاستنتاج الرئيسي لمعادلات ماكسويل هو محدودية انتشار التفاعلات الكهربائية والمغناطيسية ، والتي حددت نظرية التفاعل قصير المدى ونظرية التفاعل بعيد المدى. اقتربت خصائص السرعة من سرعة الضوء 300000 كم / ثانية. أعطى هذا سببًا لماكسويل للقول بأن الضوء هو ظاهرة مرتبطة بفعل الموجات الكهرومغناطيسية.

النظرية الجزيئية الحركية لغازات ماكسويل.

ساهم ماكسويل في دراسة النظرية الحركية الجزيئية (يسمى هذا العلم الآن الميكانيكا الإحصائية). كان ماكسويل أول من توصل إلى فكرة الطبيعة الإحصائية لقوانين الطبيعة. لقد أنشأ قانون توزيع الجزيئات بالسرعة ، كما تمكن من حساب لزوجة الغازات فيما يتعلق بمؤشرات السرعة ومتوسط ​​المسار الحر لجزيئات الغاز. أيضًا ، بفضل عمل ماكسويل ، لدينا عدد من العلاقات الديناميكية الحرارية.

مرجع.توزيع ماكسويل هو نظرية لتوزيع سرعة جزيئات النظام في ظل ظروف التوازن الديناميكي الحراري. التوازن الديناميكي الحراري هو شرط الحركة الانتقالية للجزيئات الموصوفة في قوانين الديناميات الكلاسيكية.

كان لدى ماكسويل العديد من الأعمال العلمية التي تم نشرها: "نظرية الحرارة" ، "المادة والحركة" ، "الكهرباء في العرض الأولي" وغيرها. لم ينقل ماكسويل العلم إلى تلك الفترة فحسب ، بل كان مهتمًا أيضًا بتاريخها. في وقت من الأوقات ، تمكن من نشر أعمال جي كافنديش ، والتي استكملها بتعليقاته.

ماذا سيتذكر العالم عن جيمس كليرك ماكسويل؟

كان ماكسويل نشطًا في دراسة المجالات الكهرومغناطيسية. لم تحصل نظريته عن وجودهم على اعتراف عالمي إلا بعد عقد من وفاته.

كان ماكسويل أول من صنف المادة وعين قوانينه الخاصة لكل منها ، والتي لم تختزل لقوانين ميكانيكا نيوتن.

كتب العديد من العلماء عن ماكسويل. قال الفيزيائي R. Feynman عنه إن ماكسويل ، الذي اكتشف قوانين الديناميكا الكهربائية ، نظر عبر القرون إلى المستقبل.

الخاتمة.توفي جيمس كلارك ماكسويل في 5 نوفمبر 1879 في كامبريدج. تم دفنه في قرية اسكتلندية صغيرة بالقرب من كنيسته المفضلة التي لا تبعد كثيراً عن منزل عائلته.

جيمس ماكسويل (1831-1879).

ولد جيمس كلارك ماكسويل في إدنبرة في 13 يونيو 1831. بعد وقت قصير من ولادة الصبي ، أخذه والديه إلى منزلهم في Glenlar. منذ ذلك الوقت ، دخلت "العرين في ممر ضيق" حياة ماكسويل. هنا عاش والداه وماتا ، هنا هو نفسه عاش ودفن لفترة طويلة.

عندما كان جيمس يبلغ من العمر ثماني سنوات ، جاء سوء الحظ إلى المنزل: مرضت والدته بشدة وسرعان ما ماتت. الآن كان المعلم الوحيد لجيمس هو والده ، الذي احتفظ تجاهه بشعور من المودة والصداقة لبقية حياته. لم يكن جون ماكسويل الأب والمعلم لابنه فحسب ، بل كان أيضًا صديقه الأكثر إخلاصًا.

سرعان ما جاء الوقت الذي اضطر فيه الصبي إلى البدء في الدراسة. في البداية ، تمت دعوة المعلمين إلى المنزل. لكن المعلمين المنزليين الاسكتلنديين كانوا فظين وجاهلين مثل نظرائهم الإنجليز ، وقد وصفهم ديكنز بمثل هذه السخرية والكراهية. لذلك ، تقرر إرسال جيمس إلى مدرسة جديدة تحمل الاسم العالي لأكاديمية إدنبرة.

انخرط الصبي تدريجياً في الحياة المدرسية. أصبح أكثر اهتماما بالدروس. كان يحب الهندسة بشكل خاص. ظلت واحدة من أقوى هوايات ماكسويل لبقية حياته. لعبت الصور والنماذج الهندسية دورًا كبيرًا في عمله العلمي. بدأ المسار العلمي لماكسويل معها.

تخرج ماكسويل من الأكاديمية في أحد أوائل الخريجين. عند فراقه عن المدرسة المحبوبة ، قام بتأليف نشيد أكاديمية إدنبرة ، التي غناها تلاميذها بانسجام وحماس. الآن تم فتح أبواب جامعة إدنبرة أمامه.

كطالب ، أجرى ماكسويل بحثًا جادًا حول نظرية المرونة ، والذي كان موضع تقدير كبير من قبل المتخصصين. وها هو الآن يواجه مسألة احتمالية مواصلة دراسته في كامبريدج.

تأسست في 1284 ، St. Peter's (Peterhouse) ، وأشهرها كلية St. كلية ترينيتي (كلية ترينيتي) تأسست عام 1546. تم إنشاء مجد هذه الكلية من قبل تلميذه الشهير إسحاق نيوتن. كانت كلية بيترهاوس وكلية ترينيتي على التوالي الإقامة المؤقتة للشاب ماكسويل في كامبريدج. بعد إقامة قصيرة في بيترهاوس ، انتقل ماكسويل إلى كلية ترينيتي.

سمح حجم معرفة ماكسويل وقوة عقله واستقلالية فكره في تحقيق مكانة عالية في إطلاق سراحه. احتل المركز الثاني.

ترك الشاب البكالوريوس في كلية ترينيتي كمدرس. لكنه كان قلقا مشاكل علمية. بالإضافة إلى افتتانه القديم بالهندسة ومشكلة الألوان ، والتي بدأ بدراستها منذ عام 1852 ، أصبح ماكسويل مهتمًا بالكهرباء.

في 20 فبراير 1854 ، أبلغ ماكسويل طومسون بنيته "مهاجمة الكهرباء". كانت نتيجة "الهجوم" مقال بعنوان "في خطوط قوة فاراداي" - أول أعمال ماكسويل الرئيسية الثلاثة المكرسة لدراسة المجال الكهرومغناطيسي. ظهرت كلمة "حقل" لأول مرة في نفس الرسالة إلى طومسون ، ولكن ليس في هذا ولا في عمل لاحق عن خطوط القوة. ماكسويل لا يستخدمه. ظهر هذا المفهوم مرة أخرى فقط في عام 1864 في عمل "النظرية الديناميكية للمجال الكهرومغناطيسي".

في خريف عام 1856 ، تولى ماكسويل منصب أستاذ الفلسفة الطبيعية في كلية ماريشال بأبردين. لم يكن قسم الفلسفة الطبيعية ، أي قسم الفيزياء في أبردين ، موجودًا قبل ماكسويل ، وكان على الأستاذ الشاب تنظيم دورة تعليمية و عمل علميفي الفيزياء.

تم وضع علامة على الإقامة في أبردين حدث مهموفي حياة ماكسويل الشخصية: تزوج ابنة رئيس كلية ماريشال ، دانيال ديوار ، كاثرين ماري ديوار. وقع هذا الحدث في عام 1858. منذ ذلك الوقت وحتى نهاية حياتهم ، سار آل ماكسويل على طريق حياتهم جنبًا إلى جنب.

في 1857-1859 ، أجرى العالم حساباته لحركة حلقات زحل. وأوضح أن الحلقة السائلة أثناء الدوران ستدمرها الموجات الناشئة فيها وستتكسر إلى أقمار صناعية منفصلة. اعتبر ماكسويل حركة عدد محدود من هذه الأقمار الصناعية. أصعب بحث رياضي جلب له جائزة آدامز والشهرة كعالم رياضيات من الدرجة الأولى. تم نشر هذا المقال المميز في عام 1859 من قبل جامعة كامبريدج.

من دراسة حلقات زحل ، كان من الطبيعي جدًا الانتقال إلى دراسة حركات جزيئات الغاز. انتهت فترة أبردين من حياة ماكسويل بخطابه في اجتماع الجمعية البريطانية عام 1859 بتقرير "حول النظرية الديناميكية للغازات". تمثل هذه الوثيقة بداية سنوات عديدة من البحث المثمر لماكسويل في مجال النظرية الحركية للغازات والفيزياء الإحصائية.

منذ أن تم إغلاق القسم الذي يعمل فيه ماكسويل ، كان على العالم البحث عنه عمل جديد. في عام 1860 ، تم انتخاب ماكسويل أستاذا للفلسفة الطبيعية في كينجز كوليدج لندن.

تميزت فترة لندن بنشر مقال كبير بعنوان "تفسيرات للنظرية الديناميكية للغازات" ، والذي نُشر في مجلة الفيزياء الإنجليزية الرائدة ، المجلة الفلسفية ، في عام 1860. مع هذا المقال ، قدم ماكسويل مساهمة كبيرة لفرع جديد من الفيزياء النظرية - الفيزياء الإحصائية. مؤسسو الفيزياء الإحصائية في شكلها الكلاسيكي هم ماكسويل وبولتزمان وجيبس.

أمضت عائلة ماكسويل صيف عام 1860 في ملكية عائلة غلينلار قبل بدء فصل الخريف الدراسي في لندن. ومع ذلك ، فشل ماكسويل في الراحة واكتساب القوة. أصيب بمرض الجدري في شكل حاد. خاف الأطباء على حياته. لكن الشجاعة غير العادية وصبر كاثرين ، التي كرست له ، والتي بذلت قصارى جهدها لإخراج زوجها المريض ، ساعدتهم على الهزيمة. مرض رهيب. بدأ مثل هذا الاختبار الصعب حياته في لندن. خلال هذه الفترة من حياته ، نشر ماكسويل مقالًا كبيرًا عن الألوان ، بالإضافة إلى عمل "تفسيرات للنظرية الديناميكية للغازات". لكن العمل الرئيسي في حياته كان مكرسًا لنظرية الكهرباء.

نشر عملين رئيسيين عن نظرية المجال الكهرومغناطيسي التي ابتكرها: "في خطوط القوة الفيزيائية" (1861-1862) و "النظرية الديناميكية للمجال الكهرومغناطيسي" (1864-1865). لمدة عشر سنوات ، نما ماكسويل ليصبح عالمًا بارزًا ، مبتكر النظرية الأساسية للظواهر الكهرومغناطيسية ، والتي أصبحت ، إلى جانب الميكانيكا والديناميكا الحرارية والفيزياء الإحصائية ، أحد أسس الفيزياء النظرية الكلاسيكية.

خلال نفس الفترة من حياته ، بدأ ماكسويل العمل على القياسات الكهربائية. كان مهتمًا بشكل خاص بالنظام العقلاني للوحدات الكهربائية ، نظرًا لأن النظرية الكهرومغناطيسية للضوء التي أنشأها كانت تستند فقط إلى تطابق نسبة الوحدات الكهروستاتيكية والكهرومغناطيسية للكهرباء مع سرعة الضوء. من الطبيعي تمامًا أنه أصبح أحد الأعضاء النشطين في "لجنة الوحدات" التابعة للجمعية البريطانية. بالإضافة إلى ذلك ، فهم ماكسويل بعمق الارتباط الوثيق بين العلم والتكنولوجيا ، وأهمية هذا الاتحاد لتقدم العلم ومن أجل تطور تقني. لذلك ، من الستينيات حتى نهاية حياته ، عمل بلا كلل في مجال القياسات الكهربائية.

أثرت الحياة المجهدة في لندن على صحة ماكسويل وزوجته ، وقرروا العيش في منزل عائلتهم في غلينلار. أصبح هذا القرار لا مفر منه بعد مرض خطيرماكسويل في النهاية عطلات الصيف 1865 ، التي كالمعتاد أنفقها على تركته. ترك ماكسويل الخدمة في لندن وعاش لمدة خمس سنوات (من 1866 إلى 1871) في Glenlare ، وسافر أحيانًا إلى كامبريدج لإجراء الفحوصات ، وفقط في عام 1867 ، بناءً على نصيحة الأطباء ، سافر إلى إيطاليا. من خلال الانخراط في الشؤون الاقتصادية في غلينلار ، لم يترك ماكسويل الدراسات العلمية. عمل بجد على العمل الرئيسي في حياته ، "رسالة في الكهرباء والمغناطيسية" ، وكتب كتاب "نظرية الحرارة" ، العمل الهامحول المنظمين ، شارك عدد من المقالات حول النظرية الحركية للغازات في اجتماعات الرابطة البريطانية. الحياة الإبداعيةاستمر ماكسويل في الريف بشكل مكثف كما هو الحال في المدينة الجامعية.

في عام 1871 ، نشر ماكسويل نظرية الحرارة في لندن. كان هذا الكتاب المدرسي شائعًا جدًا. كتب العالم أن الغرض من كتابه "نظرية الحرارة" هو تقديم عقيدة الحرارة "في التسلسل الذي تطورت فيه".

بعد وقت قصير من نشر The Theory of Heat ، تلقى ماكسويل عرضًا لتولي الرئاسة المنظمة حديثًا للفيزياء التجريبية في كامبريدج. وافق على ذلك وفي 8 مارس 1871 تم تعيينه أستاذًا في جامعة كامبريدج كافنديش.

في عام 1873 ، تم نشر أطروحة حول الكهرباء والمغناطيسية (في مجلدين) وكتاب المادة والحركة.

"المادة والحركة" هو كتاب صغير مخصص لعرض أساسيات الميكانيكا.

"رسالة في الكهرباء والمغناطيسية" - العمل الرئيسي لماكسويل والذروة في عمله العلمي. في ذلك ، لخص نتائج سنوات عديدة من العمل على الكهرومغناطيسية ، والتي بدأت في وقت مبكر من بداية عام 1854. تم تأريخ مقدمة "الرسالة" في الأول من فبراير عام 1873. تسعة عشر عامًا عمل ماكسويل على عمله الأساسي!

استعرض ماكسويل مجموعة المعارف الكاملة عن الكهرباء والمغناطيسية في عصره ، بدءًا من الحقائق الأساسية للكهرباء الساكنة وانتهاءً بالنظرية الكهرومغناطيسية للضوء التي ابتكرها. لخص الصراع بين نظريات الفعل بعيد المدى والفعل قصير المدى ، والذي بدأ خلال حياة نيوتن ، وخصص الفصل الأخير من كتابه للنظر في نظريات الفعل عن بعد. لم يتحدث ماكسويل علنًا ضد نظريات الكهرباء التي كانت موجودة قبله ؛ قدم مفهوم فاراداي على أنه مساوٍ للنظريات السائدة ، لكن روح كتابه بأكملها ، ونهجه في تحليل الظواهر الكهرومغناطيسية ، كانت جديدة وغير عادية لدرجة أن المعاصرين رفضوا فهم الكتاب.

في المقدمة الشهيرة للدراسة ، يصف ماكسويل الغرض من عمله على النحو التالي: لوصف أهم الظواهر الكهرومغناطيسية ، وإظهار كيف يمكن قياسها ، و "لتتبع العلاقات الرياضية بين الكميات المقاسة". ويشير إلى أنه سيحاول "قدر الإمكان تسليط الضوء على العلاقة بين الشكل الرياضي لهذه النظرية والديناميكيات العامة ، من أجل الاستعداد إلى حد ما لتعريف تلك القوانين الديناميكية ، التي يجب أن ننظر من بينها لتوضيح أو تفسيرات الظواهر الكهرومغناطيسية. "

يعتبر ماكسويل أن قوانين الميكانيكا هي القوانين الأساسية للطبيعة. ليس من قبيل المصادفة أنه ، بصفته مقدمة أساسية لمعادلاته الأساسية للنظرية الكهرومغناطيسية ، فإنه يحدد الأحكام الأساسية للديناميكيات. لكن في الوقت نفسه ، يدرك ماكسويل أن نظرية الظواهر الكهرومغناطيسية هي نظرية نوعية نظرية جديدة، والتي لا تقتصر على الميكانيكا ، على الرغم من أن الميكانيكا تسهل الاختراق في هذا المجال الجديد من الظواهر الطبيعية.

تتلخص استنتاجات ماكسويل الرئيسية في ما يلي: يخلق مجال مغناطيسي متناوب متحمس بتيار متغير مجالًا كهربائيًا في الفضاء المحيط ، والذي بدوره يثير مجالًا مغناطيسيًا ، إلخ. المجالات المغناطيسية، يولد كل منهما الآخر ، ويشكل مجالًا كهرومغناطيسيًا متغيرًا واحدًا - موجة كهرومغناطيسية.

اشتق معادلات توضح أن المجال المغناطيسي الذي تم إنشاؤه بواسطة مصدر حالي ينتشر منه بسرعة ثابتة. بعد أن نشأ ، ينتشر المجال الكهرومغناطيسي في الفضاء بسرعة الضوء 300000 كم / ثانية ، ويحتل حجمًا أكبر وأكبر. جادل د. ماكسويل بأن موجات الضوء لها نفس طبيعة الموجات التي تنشأ حول السلك الذي يوجد فيه متغير كهرباء. تختلف عن بعضها البعض فقط في الطول. الأطوال الموجية القصيرة جدا هي الضوء المرئي.

في عام 1874 ، بدأ عملًا تاريخيًا مهمًا: دراسة التراث العلمي لعالم القرن الثامن عشر هنري كافنديش وإعداده للنشر. بعد بحث ماكسويل ، أصبح من الواضح أنه قبل فاراداي بفترة طويلة ، اكتشف كافنديش تأثير العازل على حجم السعة الكهربائية ، وقبل 15 عامًا من اكتشاف كولوم لقانون التفاعلات الكهربائية.

استغرق عمل كافنديش على الكهرباء مع وصف التجارب صوت عالي، نُشر عام 1879 تحت عنوان "أوراق عن الكهرباء بقلم هنري كافنديش". كان هذا آخر كتاب لماكسويل نُشر خلال حياته. في 5 نوفمبر 1879 ، توفي في كامبريدج.

العامل الأكثر أهمية في تغيير وجه العالم هو توسيع آفاق المعرفة العلمية. السمة الرئيسية في تطور العلم في هذه الفترة الزمنية هي الاستخدام الواسع للكهرباء في جميع فروع الإنتاج. ولم يعد بإمكان الناس رفض استخدام الكهرباء ، وشعورهم بفوائدها الكبيرة. في هذا الوقت ، بدأ العلماء في دراسة الموجات الكهرومغناطيسية عن كثب وتأثيرها على المواد المختلفة.

إنجاز علمي عظيم في القرن التاسع عشر. تم طرحه من قبل العالم الإنجليزي د. ماكسويل النظرية الكهرومغناطيسية للضوء (1865) ، والتي لخصت البحث والاستنتاجات النظرية للعديد من علماء الفيزياء دول مختلفةفي مجالات الكهرومغناطيسية والديناميكا الحرارية والبصريات.

يشتهر ماكسويل بصياغة أربع معادلات كانت تعبيرًا عن القوانين الأساسية للكهرباء والمغناطيسية. تم بحث هذين المجالين على نطاق واسع قبل ماكسويل على مر السنين ، وكان من المعروف أنهما مرتبطان ببعضهما البعض. ومع ذلك ، على الرغم من أن العديد من قوانين الكهرباء قد تم اكتشافها بالفعل وكانت صحيحة بالنسبة لظروف محددة ، لم تكن هناك نظرية عامة وموحدة قبل ماكسويل.

ماكسويل توصل إلى فكرة الوحدة والترابط بين المجالات الكهربائية والمغناطيسية ، وخلق على هذا الأساس نظرية المجال الكهرومغناطيسي ، والتي بموجبها ، بعد أن نشأت في أي نقطة في الفضاء ، ينتشر فيها المجال الكهرومغناطيسي في سرعة سرعة متساويةسفيتا. وهكذا ، أسس العلاقة بين ظاهرة الضوء والكهرومغناطيسية.

في معادلاته الأربعة ، القصيرة ولكن المعقدة نوعًا ما ، كان ماكسويل قادرًا على وصف سلوك وتفاعل المجالات الكهربائية والمغناطيسية بدقة. وهكذا ، حول هذه الظاهرة المعقدة إلى نظرية واحدة مفهومة. استخدمت معادلات ماكسويل على نطاق واسع في القرن الماضي في كل من العلوم النظرية والتطبيقية. كانت الميزة الرئيسية لمعادلات ماكسويل أنها كذلك المعادلات العامةصالحة للاستخدام في جميع الظروف. يمكن اشتقاق جميع قوانين الكهرباء والمغناطيسية المعروفة سابقًا من معادلات ماكسويل ، بالإضافة إلى العديد من النتائج الأخرى التي لم تكن معروفة من قبل.

استمد ماكسويل نفسه أهم هذه النتائج. من معادلاته ، يمكننا أن نستنتج أن هناك تذبذبًا دوريًا للمجال الكهرومغناطيسي. بعد أن بدأت هذه التذبذبات ، التي تسمى الموجات الكهرومغناطيسية ، سوف تنتشر في الفضاء. من معادلاته ، كان ماكسويل قادرًا على استنتاج أن سرعة هذه الموجات الكهرومغناطيسية ستكون حوالي 300 ألف كيلومتر (186 ألف ميل) في الثانية ، ورأى ماكسويل أن هذه السرعة تساوي سرعة الضوء. من هذا توصل إلى الاستنتاج الصحيح بأن الضوء نفسه يتكون من موجات كهرومغناطيسية. وبالتالي ، فإن معادلات ماكسويل ليست فقط القوانين الأساسية للكهرباء والمغناطيسية ، بل هي القوانين الأساسية للبصريات. في الواقع ، يمكن استنتاج جميع قوانين البصريات المعروفة سابقًا من معادلاته ، تمامًا مثل العلاقات والنتائج غير المعروفة سابقًا. الضوء المرئي ليس فقط من الأنواع الممكنة الاشعاع الكهرومغناطيسي.

أظهرت معادلات ماكسويل أنه يمكن أن تكون هناك موجات كهرومغناطيسية أخرى تختلف عن الضوء المرئي في الطول الموجي والتردد. تم تأكيد هذه الاستنتاجات النظرية لاحقًا بشكل كبير من قبل هاينريش هيرتز ، الذي كان قادرًا على إنشاء وتقويم الموجات غير المرئية ، والتي تنبأ ماكسويل بوجودها.

لأول مرة في الممارسة العملية ، تمكن الفيزيائي الألماني جي هيرتز (1883) من مراقبة انتشار الموجات الكهرومغناطيسية. كما قرر أن سرعة انتشارها 300 ألف كم / ث. ومن المفارقات أنه يعتقد أن الموجات الكهرومغناطيسية لن تكون كذلك تطبيق عملي. وبعد بضع سنوات ، بناءً على هذا الاكتشاف ، أ. استخدمهم بوبوف لنقل أول صورة شعاعية في العالم. كانت تتألف من كلمتين فقط: "هاينريش هيرتز".

اليوم نستخدمها بنجاح للتلفزيون. تعتبر الأشعة السينية وأشعة جاما والأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية مثالًا آخر على الإشعاع الكهرومغناطيسي. كل هذا يمكن دراسته من خلال معادلات ماكسويل. على الرغم من أن ماكسويل قد حصل على التقدير بشكل أساسي لمساهماته المذهلة في الكهرومغناطيسية والبصريات ، فقد قدم أيضًا مساهمات في مجالات أخرى من العلوم ، بما في ذلك النظرية الفلكية والديناميكا الحرارية (دراسة الحرارة). كان موضوع اهتمامه الخاص هو النظرية الحركية للغازات. أدرك ماكسويل أنه لا تتحرك جميع جزيئات الغاز بنفس السرعة. تتحرك بعض الجزيئات بشكل أبطأ ، وبعضها الآخر يتحرك بشكل أسرع ، والبعض الآخر يتحرك بسرعات عالية جدًا. اشتق ماكسويل صيغة تحدد أي جزيء في جزيء غاز معين سيتحرك بأي سرعة معينة. هذه الصيغة ، المسماة "توزيع ماكسويل" ، تستخدم على نطاق واسع في المعادلات العلمية ولها تطبيقات مهمة في العديد من مجالات الفيزياء.

أصبح هذا الاختراع أساس التقنيات الحديثةالبث اللاسلكي للمعلومات والراديو والتلفزيون ، بما في ذلك جميع أنواع الاتصالات المتنقلة ، والتي تقوم على مبدأ نقل البيانات عن طريق الموجات الكهرومغناطيسية. بعد التأكيد التجريبي لواقع المجال الكهرومغناطيسي ، تم التوصل إلى اكتشاف علمي أساسي: هناك أنواع مختلفة من المادة ، ولكل منها قوانينها الخاصة التي لا يمكن اختزالها في قوانين ميكانيكا نيوتن.

قال الفيزيائي الأمريكي آر. فاينمان بامتياز عن دور ماكسويل في تطوير العلم: "في تاريخ البشرية (إذا نظرت إليها ، قل ، في غضون عشرة آلاف سنة) ، فإن أهم حدث في القرن التاسع عشر سيكون بلا شك يكون اكتشاف ماكسويل لقوانين الديناميكا الكهربائية. على خلفية هذا الاكتشاف العلمي المهم حرب اهليةفي أمريكا في نفس العقد سيبدو حادث مقاطعة.