Предан физике: как Джеймс Максвелл предсказал электромагнитные волны

Джеймс Клерк Максвелл был одним из тех ученых, который с интересом брался за все разделы физики. Он «превратил» свет в электромагнитную волну, ввел понятие тока смещения, открыл «состав» колец Сатурна, а также сделал первое в мире цветное фото.

С корабля на бал: первые шаги Джеймса Максвелла в науке

Джеймс Клерк Максвелл родился в Эдинбурге в 1831 году. Он происходил из старинного шотландского рода. Его отец, Джон Клерк Максвелл, работал в адвокатской коллегии и в свободное время занимался наукой и техникой — как хобби. Мать Джеймса, Фрэнсис Кей, умерла от рака, когда мальчику было всего 8 лет.

Отец поддерживал интерес сына к науке с раннего детства. Джеймс также увлекался поэзией и даже писал собственные стихи. В 10 лет к мальчику приставили домашнего учителя, однако он оказался слишком некомпетентным. Тогда отец отправил Джеймса в Эдинбургскую академию, где тот изучал латынь, греческий и английский языки, римскую литературу и Священное Писание.

Но больше всего мальчику нравилась геометрия. Юный Максвелл делал многогранники из картона, рисовал овалы с помощью булавок и нитей. Сразу после академии Джеймс поступил в Эдинбургский университет. Там он слушал лекции по физике, математике, ставил опыты по магнетизму и химии.

Максвелл изучал механические свойства материалов при помощи поляризованного света. Для этого будущий ученый изготавливал фигуры из желатина. Так он вывел новые закономерности теории упругости и развил метод фотоупругости. В 1850 году он представил результаты своей работы на заседании Эдинбургского королевского общества. Именно тогда о Джеймсе Максвелле узнал весь научный мир.

Кольца Сатурна, кинетика и немного красок: главные открытия Джеймса Максвелла

В том же году, несмотря на то, что отец не хотел отпускать Джеймса далеко, сын перебрался в Кембридж. Сначала он учился в самом дешевом колледже Питерхаус, а после смог поступить в Тринити-колледж. Максвелл был одним из лучших студентов. Как только он получил степень, профессоры предложили ему присоединиться к преподавательскому составу.

Джеймс Максвелл изучал теорию цветов. Ученый впервые применил «цветовой волчок» — диск, разделенный на секторы разных оттенков, а также «цветовой ящик» — оптическую систему для смешивания красок. Максвелл определил, что основными цветами являются красный, зеленый и синий.

В 1856 году Джеймс занял должность профессора натуральной философии в Маришаль-Колледже в Абердине. Максвелл заинтересовался кольцами Сатурна. Они были открыты в начале XVII века Галилео Галилеем. Считалось, что кольца состояли из твердого вещества, а также постоянно вращались. Максвелл провел расчеты и выяснил, что на самом деле это скопление метеоритов, которые не разлетаются в стороны из-за притяжения к Сатурну.

Другой страстью Максвелла стала кинетическая теория газов. Он сформулировал статистический закон, который описывал распределение молекул по скоростям. Тогда же Джеймс покинул Маришаль-Колледж и получил место в Кингс-Колледже. Через год физик начал заниматься определением основных электрических единиц. Ими стали ом, ампер и вольт.

Первая цветная фотография в истории

На теории цветов Джеймс Максвелл не остановился. В 1861 он представил первую в мире цветную фотографию. Ученый задумался о таком эксперименте еще в 1855-м. Вместе с фотографом Томасом Саттоном Джеймс снял негативы через зеленый, красный и синий фильтры. После освещения удалось получить само изображение.

Как Джеймс Максвелл создал теорию электромагнитного поля

В 1860 году ученый под влиянием идей Майкла Фарадея описал электромагнитные эффекты. Он впервые определил, что такое электромагнитное поле, и ввел новое понятие — ток смещения. Дж. Дж. Томсон назвал это открытие «величайшим вкладом Максвелла в физику».

Джеймс также предсказал существование в свободном пространстве электромагнитных волн. Согласно его расчетам, скорость этих волн равнялась скорости света. Такое наблюдение позволило говорить о «родстве» света и электромагнитного излучения.

Последние годы жизни

В середине 1860-х годов здоровье Джеймса Максвелла стало ухудшаться. Он старался не засиживаться за рабочим столом и все больше времени проводил на свежем воздухе. Вскоре поддерживать такой режим стало сложно: в 1871 году Максвелл получил должность профессора в Кембридже. Параллельно он заканчивал работу над «Трактатом по электричеству и магнетизму».

В 1877 году ученый начал жаловаться на боли при глотании и трудности с дыханием. Неожиданно ему поставили диагноз — рак брюшной полости. Через два года Джеймс Клерк Максвелл скончался. Он был похоронен рядом с родителями в деревне Партон.