Maxwell James Clark

(1831-1879)

    Wielki fizyk brytyjski James Clark Maxwell znany jest przede wszystkim jako autor czterech równań opisujących podstawowe prawa elektryczności i magnetyzmu. Elektryczność i magnetyzm były intensywnie badane na wiele lat przed Maxwellem i fizycy wiedzieli, że te dwie dziedziny są ze sobą ściśle związane. Mimo że znane były rozmaite prawa dotyczące dziedziny elektryczności i magnetyzmu i prawa te sprawdzały się w określonych sytuacjach, przed Maxwellem nie istniała jednak ogólna, jednolita teoria elektryczności i magnetyzmu. Za pomocą układu czterech krótkich, niezwykle przemyślnych równań Maxwell zdołał dokładnie opisać zachowanie oraz wzajemną zależność pola elektrycznego i magnetycznego i w ten sposób przekształcił zbiór nie uporządkowanych praw odpowiadających rozmaitym zjawiskom - w jedną spójną teorię. W minionym stuleciu równania Maxwella znalazły szerokie zastosowanie zarówno w teorii naukowej, jak i w jej praktycznym wykorzystaniu. Ogromną zaletą równań Maxwella jest ich ogólność: są one słuszne we wszystkich okolicznościach. Z równań Maxwella wyprowadzić można wszystkie poprzednio znane prawa dotyczące elektryczności i magnetyzmu oraz znaleźć wiele nie znanych wcześniej zależności. Najważniejsze z nich wyprowadził sam Maxwell.

     Na podstawie jego równań można wykazać, że możliwe są okresowe drgania pola elektromagnetycznego. Raz wzbudzone drgania, zwane falami elektromagnetycznymi, dalej rozchodzą się same w przestrzeni. Na podstawie swych równań Maxwell mógł obliczyć, że prędkość fal elektromagnetycznych powinna wynosić w przybliżeniu 300 000 kilometrów na sekundę. Maxwell zauważył, że prędkość fal jest taka sama jak prędkość światła, i wyciągnął stąd słuszny wniosek, że światło jest falą elektromagnetyczną. Równania Maxwella nie tylko zatem należą do podstawowych praw w dziedzinie elektryczności i magnetyzmu, są one również podstawowymi prawami optyki! W rzeczywistości, z równań Maxwella można wyprowadzić wszystkie wcześniej znane prawa optyki oraz przewidzieć wiele faktów i związków poprzednio nie znanych. Światło widzialne nie jest jedynym istniejącym rodzajem promieniowania elektromagnetycznego. Z równań Maxwella wynika, że mogą istnieć jeszcze inne fale elektromagnetyczne, różniące się od światła widzialnego długością i częstością fali. Wnioski wyprowadzone na gruncie teorii potwierdził w efektowny sposób Heinrich Hertz, który zdołał wytworzyć i wykryć niewidzialne fale przewidziane przez Max-wella. Parę lat później Guglielmo Marconi zademonstrował, że owe niewidzialne fale można wykorzystać w łączności bezprzewodowej, i w ten sposób radio stało się rzeczywistością. Obecnie fale te wykorzystujemy również w telewizji. Promieniowanie rentgenowskie, podczerwone i ultrafioletowe to również przykłady promieniowania elekromagnetycznego. Wszystkie te rodzaje promieniowania można badać za pomocą równań Maxwella. Maxwell zawdzięcza swą sławę przede wszystkim osiągnięciom w dziedzinie elektromagnetyzmu i optyki; położył on jednak również duże zasługi w innych dziedzinach wiedz, takich jak astronomia i termodynamika (badania w dziedzinie ciepła). Szczególnie interesował się kinetyczną teorią gazów. Maxwell zdawał sobie sprawę, że nie wszystkie cząsteczki gazu poruszają się z tą samą prędkością. Niektóre cząsteczki poruszają się powoli, niektóre szybko, niektóre z ogromną prędkością. Maxwell wyprowadził wzór określający (dla dowolnej temperatury), jaka część cząsteczek danego gazu porusza się z określoną prędkością.

     Wzór ten, zwany rozkładem Maxwella, jest jednym z najczęściej stosowanych w nauce wzorów i znajduje ważne zastosowanie w wielu gałęziach fizyki. Maxwell urodził się w 1831 r. w Edynburgu w Szkocji. Był tzw. Cudownym dzieckiem; mając zaledwie piętnaście lat przedstawił pracę naukową w Edinburgh Royal Society. Uczęszczał na uniwersytet w Edynburgu. Stopień naukowy otrzymał na uniwersytecie w Cambridge. Był żonaty, ale nie miał dzieci. Maxwell uważany jest powszechnie za największego fizyka teoretyka w okresie pomiędzy Newtonem i Einsteinem. Jego wspaniała kariera zakończyła się przedwcześnie; zmarł na raka w 1879 r., na krótko przed czterdziestymi ósmymi urodzinami.