МАКСВЕЛЛ ДЖЕЙМС КЛЕРК (1831-1879)

МАКСВЕЛЛ ДЖЕЙМС КЛЕРК (1831-1879)

МАКСВЕЛЛ ДЖЕЙМС КЛЕРК (1831-1879)

Детство.

Джеймс Клерк Максвелл родился 13 июля 1831 года в городе Эдинбурге, столице Шотландии, в семье шотландского лорда. Его отец имел небольшое имение Миддлби на юге Шотландии.

Дом на берегу реки получил название «Гленлейр» - «берлога в узкой лощине». Окрестности были великолепны: и сад, и большой луг, и купальня в русле ручья, и вересковые заросли, где могли жить настоящие шотландские фазаны, и горное озеро Лох-Кен, и лососевая река Ди, на берегах которой в зарослях шотландской сосны обитали королевские олени.

Детство Джеймса было счастливым. По его воспоминаниям, первая мысль заключалась в простом единении с окружающим его миром - небом, неярким шотландским солнцем, домом, отцом. Его интересовало все - лошадка пони, собака, осы, лягушки, замки, ключи, медные колокольчики в доме для вызова слуг, пение скрипки на празднике урожая.

Мать его писала своей сестре, что слова «покажи мне, как это делается» всегда у сына на языке. Мальчика интересовали «причины» цветов, загадочность красок. С прогулок он обычно приносил все, что попадалось, - веточки, цветы, камешки и другие «ценности», которые хранил до прихода отца и ждал, когда тот объяснит подробно каждую находку, ее свойства и назначение. В то время «мастеру Джеймсу» было всего около трех лет. Однако и уже учась в школе, в письме домой он интересовался: «Как поживают травы, кустарники и деревья? Коровы, овцы, лошади, собаки и люди?»

Отец Максвелла - Джон Клерк Максвелл был явно незаурядным человеком. Он получил профессию адвоката, но больше времени уделял другим, более интересным для него вещам: путешествовал, мастерил и конструировал машины, ставил физические опыты, занимался спортом. Отец и сын жили в редком единстве и любви. Они были похожи внешне и по характеру, оба были скромны, доброжелательны и просты. Правда, сын относился равнодушно к спорту.

Мать Джеймса умерла, когда мальчику было восемь лет.

В жизнь Джеймса рано вошли книги. Чтение по вечерам Библии, споры об ее содержании превращаются в тренировку ума и памяти. Позднее добавляются старинные шотландские баллады, Бернс, Мильтон, Шекспир, Свифт и другие. Чтение глубоко влияет на мальчика, он не только знает текст наизусть, но и глубоко обдумывает каждое слово и каждую ситуацию. Чтение стало фундаментом его понимания жизни и людей.

Вместе с друзьями Джеймс увлекался «судовождением» на пруду, корабль-бадья был круглым, и управлять им было нелегко. В десять лет мальчик освоил шест-ходулю, который позволял быстрее передвигаться, перепрыгивать через рвы и заборы. Его интересовали краски мыльных пузырей, воронки в дне ручья. Эти образы в дальнейшем будут проявляться в кружевах формул - мыслить абстрактно Джеймс не умел.

Его любовь к природе и ощущение себя ее частью были неотделимы от представления о себе самом.

Выполнение сельских работ вместе с отцом и путешествия на ходуле сделали Джеймса физически выносливым. Часто вместе с приезжающими из Эдинбурга родственниками устраивались пикники в горах со стрельбой из лука, в разговорах вспоминали историю клана и его представителей, а также друга семьи сэра Вальтера Скотта.

Среди увлечений детства был «магический диск» - предшественник кинематографа. Вместе с кузиной Джеймс нарисовал массу серий картинок, оживающих при вращении. Здесь и рождение головастика из икринки, и изучение работы храповика. Такой способ исследования проблемы или процесса - с помощью картинок, чертежей, диаграмм, геометрических фигур - так и остался у него на всю жизнь. Его мышление было предметным, он использовал простые образы, легко вызываемые воображением, например, рисунки шестеренок, чтобы объяснить передачу электромагнитных воздействий из одной точки пространства в другую, будучи уже известным ученым.

Отца смущало, что Джеймс не получает систематического образования, но смущала и разлука с сыном. Родственники настаивали на том, чтобы нанять Джеймсу воспитателя. Такой воспитатель - тьютор, студент колледжа, поселился в Гленлейре и сразу понял, что ученик знает много. В ноябре 1841 года родственники, в том числе сестра матери тетя Джейн, настояли, чтобы мальчика отправили в Эдинбургскую академию - не очень давно открытую школу. Джеймс очень тянулся к своей тетушке, напоминавшей ему мать, он часто переписывался с ней, посылал из Гленлейра подарки. И вот в ноябре 1841 года отец с сыном отправились в Эдинбург.

Школа.

Когда Джеймс впервые появился в классе в своей своеобразной, грубо скроенной, одежде с большими медными застежками, соученики были поражены, так сильно отличалась она от принятого в школе стиля. На первом же перерыве они набросились на Джеймса сначала с оскорбительными вопросами, а затем и с кулаками. Правда, они не учли, что противник оказался весьма силен.

У Максвелла в академии сразу появилось прозвище - Дуралей, которое его нисколько не смущало. Его реакцией на шутки школьников была быстрая улыбка. Учеба шла все хуже и хуже. Больше всего Джеймс любил бывать один, бродил на заднем дворе академии, по склонам холма, подтягивался на ветках деревьев. Дома он, не зная, куда девать энергию, помогал кузине резать гравюры и занимался вязанием. Много возможностей предоставляла богатая домашняя библиотека.

Весной 1842 года отец повел Джеймса в Эдинбургское королевское общество, где были выставлены первые «электромагнетические машины», первые ласточки века электричества.

Переписка с отцом и лето в Гленлейре.

Общение с отцом после его отъезда продолжалось в письмах. Джеймс писал отцу обо всем, как своему близкому приятелю. Он пишет о посещении зоосада и слоне, его тянет к розыгрышу, и он придумывает загадочную личность, от имени которой рассказывает отцу о своих проблемах.

После приезда домой на каникулы Джеймс с отцом опять бродят по окрестностям и обследуют их. Отец занят строительством новых служб, где он продумывал все детали. Эта стройка так глубоко запала в душу Джеймса, что через много лет при проектировании своей Кавендишской лаборатории он воссоздал этот процесс. Недаром лаборатория поражает своей продуманностью.

И еще у Джеймса появилась новая игра, «Дьявол», своеобразная юла, представляющая собой два конуса, сдвинутые вершинами. Джеймс продолжал увлекаться ею до профессорских лет, всюду возил с собой, развлекал ею студентов в Кембридже и Абердине вытворял с ее помощью разнообразные трюки.

Кроме того, когда Джеймс вернулся в академию, его там ждал друг: лучший ученик Льюис Кемпбелл предложил Джеймсу свое понимание, сочувствие и дружбу.

Лучший ученик.

Видимо из книг или из бесед в Королевском обществе Джеймс узнал о геометрии, так как ее в академии еще не проходили. Правильные многогранники произвели переворот во взглядах Джеймса на возможности симметрии и построений, он увидел истинную красоту образов, почувствовал интерес к процессу научного исследования, превращая их из одного в другой, более сложный. Он почувствовал удовольствие в учении и стал лучше успевать. Авторитет Джеймса в школе поднялся: силу его мысли, храбрость и доброту признавали даже отъявленные сорванцы. Данное ему прозвище приобрело уважительный смысл.

Он придумал свой метод запоминания латинских слов, изображая в тетради класс и на его стенах полки необходимых к изучению глаголов и строк стихов. Достаточно было на следующий день занять место в классе, соответствующее месту, изображенному в тетради, как, глядя на настоящие предметы, можно было легко представить необходимые фразы и повторить их вслух.

Экзамены показали, что Джеймс стал одним из первых учеников.

Шестого апреля 1846 года первая научная работа Джеймса о методе построения многофокусных фигур была прочитана профессором Дж. Д. Форбсом в Эдинбургском Королевском обществе и вышла как статья в «Трудах Эдинбургского Королевского общества». Предложенный метод восходил к работам Ньютона и Гюйгенса по оптике. Все, связанное со светом и зрением, привлекало Джеймса: он «ловил» Солнце, сдвигая две линзы, видел «кольца Ньютона», хотел математически описать волны, стремился понять цветовые превращения на стенках мыльных пузырей.

В 1847 году обучение в академии закончилось, и отец решает отдать сына в университет, но расположенный поближе.

Эдинбургский университет.

В ноябре Джеймс поступает в Эдинбургский университет, где встречает прекрасных педагогов, известных ученых. В процессе обучения у Джеймса рождалась собственная философия, в которой физика приобретала независимое существование, законы природы подлежали исследованию, а природа ждала объяснения.

Джеймс очень любил сочинять задачки покаверзней для своих друзей, так называемые «пропы» (от английского prop - школьная задачка). Вот примеры «пропов» для себя для развлечения в Гленлейре:

определить жесткость крокетного мяча;

определить подъемную силу воды при разных положениях тела;

намагнитить железные бруски и испытать их;

построить электрическую машину;

найти уравнение квадрата.

Оптико-механические исследования.

Джеймс решил оборудовать собственную лабораторию в Гленлейре. Там он продолжил опыты с поляризованным светом, начатые им в Эдинбурге.

Джеймса поразила смелость француза Френеля, который бросил вызов Ньютону и предположил, что свет - это волны. При этом молодой Максвелл увидел то, что не увидели другие, - поляризованный луч можно было использовать для определения внутренних напряжений в нагруженных твердых телах. Исследование механических напряжений можно свести к оптическому исследованию. Два луча, разделившиеся в напряженном прозрачном материале, будут взаимодействовать, рождая характерные красочные картины, которые помогут проверить формулы сопротивления материалов. Этот метод исследования напряжений применяется в технике до сих пор.

Новый доклад «Равновесие упругих тел» девятнадцатилетний Джеймс Максвелл прочел сам, поднявшись впервые на трибуну Эдинбургского Королевского общества в 1850 году. Доклад был замечен, в нем было много нового. Все оценили также, что докладчик попутно решил более десяти сложнейших задач из области сопротивления материалов.

Джеймса стали понемногу признавать, его странности уже не были объектом насмешек, как в школе, они, наоборот, характеризовали неординарность, знаменитость. Вот некоторые из слухов о Максвелле:

Он никогда не пробовал вина!

Он ездит в третьем классе - любит жесткие сиденья.

Не надевает крахмальных рубашек.

Послушайте его мрачные шутки!

Он говорит загадками.

Он делает открытия даже в полоскательнице для пальцев!

Он будущий великий шотландский физик.

Чтение.

Джеймс не был равнодушен к успеху и похвалам, однако понимал, что знаний у него все еще недостаточно. Он заказывал книги, несмотря на их дороговизну (благо средства отца это позволяли), брал книги сразу в нескольких библиотеках, возил их за собой в багаже.

Книги требовали при прочтении размышлений, анализа, выработки своего отношения к прочитанному, заинтересованного отклика, может быть, появления собственных новых идей. Джеймс обсуждает их с отцом и своими университетскими преподавателями. Он уверен, что «следует читать только первоисточники - только в них можно усмотреть момент зарождения идеи и процесс ее развития, и только тогда знание усваивается наиболее полно.

Родственники и знакомые, видя одаренность Джеймса, убедили его отца предоставить сыну возможность продолжить образование в лучших университетах Англии. К тому времени некоторые друзья Максвелла уже учились в Оксфорде и Кембридже. Джеймс очень дорожил друзьями, без них ему было одиноко и невыносимо, и это сыграло решающую роль.

Максвелл писал стихи. Большое место в его поэтическом творчестве занимают сатирические стихотворения, например: «Доказательство нецелесообразности чтения лекций в ноябре», «Проблемы динамики (юмористическое решение дифференциального уравнения)», «лекция по физике для молодых женщин» (место действия - уютная комнатка, тема лекции - зеркальный гальванометр Томсона, аудитория - один человек), «Кошачья колыбельная», «Парадоксальная ода», посвященная автору книги «Парадоксальная философия», и другие.

Кембридж: Питерхаус, Тринити-колледж.

В Кембридже Джеймс очутился осенью 1850 года. Для осеннего Кембриджа были характерны сочетания трех цветов: желто-серые камни древних колледжей, зеленые ухоженные лужайки, красновато-коричневые и желтые листья деревьев. Питерхаус, куда поступил Максвелл, был самым старинным колледжем в Кембридже. Он имел семисотлетнюю историю, в его зданиях присутствовала странная смесь архитектурных стилей, что придавало им нечто театральное. Однако довольно скоро Джеймс перебрался в Тринити-колледж.

Режим дня Максвелла-студента был совершенно непостижимым. Он спал с пяти часов вечера до половины десятого вечера. Затем следовали занятия до двух часов ночи, потом с двух до половины третьего была своеобразная гимнастика - беготня по лестницам и коридорам общежития, после которой полагался сон до семи утра. И, наконец, с семи утра до пяти часов вечера - новый рабочий день. Правда, это никого особенно не удивляло: эксцентричность в Кембридже была своего рода нормой.

Первый учебный год был отмечен новыми знакомствами, лекциями, чтением, катанием на лодке и прыжками в воду. Но Джеймса обуревала жажда научной деятельности, вкус которой он уже успел ощутить.

Стипендиат колледжа.

В Кембридже Максвелл изменился, в том числе и внешне. В фигуре появилась некоторая массивность, лицо стало серьезным и сосредоточенным, приобрело мужественность. Карие глаза стали более глубокими. Волосы у Джеймса были цвета воронова крыла, черными и блестящими. Начала пробиваться такая же черная и густая борода.

Одевался он скромно и аккуратно - все самое простое и обычное. Однако тонкая восприимчивость к цветам и их гармоничному сочетанию свидетельствовала о художественном вкусе.

В компании он становится центром внимания благодаря остроумию и необычности высказываний, глубине мыслей. Его избирают членом студенческого Клуба. Джеймс любил свой клуб и подготовил для него много эссе, и серьезных, и шаловливых. Например: «Какова природа очевидности замысла?», «Ощущение», «Возможна ли автобиография?», «Язык и мысль» и другие.

Кембриджский бакалавр.

В январе 1854 года Максвелл успешно выдержал заключительный экзамен на бакалавра и решил остаться в Кембридже для подготовки к профессорскому званию. Он принялся за написание книги по оптике, одновременно работая над теорией цветов и усовершенствованием офтальмоскопа (медицинского прибора для изучения глазного дна). Осенью 1855 года Джеймс пишет отцу, что прочел много книг и получил информацию, но не нашел ответа, в чем суть теории слов. Он ставит перед собой задачу: «Я должен установить, то ли слова формируют мысль, то ли мысль рождает слово».

Оптические исследования по оптике, проводимые Максвеллом в то время, вошли в учение о цветах. Наряду с этим, Джеймс интересуется, например, такими «пропами»:

Почему лист бумаги, падая на пол, совершает колебательное движение?

Как выглядел бы мир в конической проекции?

Интерес к электричеству.

Еще в Гленлейре, имении отца, у Джеймса были самодельные магниты и гальванические элементы. Учась в Эдинбурге, он узнал о трудах Фарадея. В поисках теории, наиболее соответствующей его философским взглядам, Максвелл обращается к еще неясным для него силовым линиям Фарадея.

Фарадей, не получивший образования, не знавший математики, противопоставил здравый смысл чисто математическому подходу сторонников дальнодействия для объяснения взаимодействия зарядов и токов. Он не понимал, как что-то может воздействовать на что-то через ничто, как бы красиво это не было оформлено математически.

Максвелл писал: «…Не следует смотреть на эти линии как на чисто математические абстракции. Это направления, в которых среда испытывает напряжение, подобное… натяжению собственных наших мускулов». У Ампера взята правильная идея о том, что каждый ток окружен магнитным полем, и Максвелл ищет для этой идеи математическое выражение - первое уравнение Максвелла, которое среди остальных трех уравнений прославит в будущем имя Максвелла.

Максвеллу было ясно, что Фарадей прав: его силовые линии - это великое открытие. Но они не годились для расчетов. Необходимо было разрабатывать теорию. Но какой метод исследования следует применить? Максвелл решил использовать для исследования метод физических аналогий. Он пишет: «Для составления физических представлений следует освоиться с существованием физических аналогий (сравнений). Под физической аналогией я разумею то частное сходство между законами в двух каких-нибудь областях явлений, благодаря которому одна область является иллюстрацией для другой». Во времена Максвелла метод аналогий был известен и широко использовался. Теперь следовало найти аналогию, причем, скорее всего, механическую, или как говорил Максвелл, «динамическую».

Максвелл обладал хорошо развитым геометрическим мышлением, и он решил описать форму «силовых трубок» Фарадея, сочетая описание пространства с основными электромагнитными идеями. Развитое в детстве стремление сочетать, казалось бы, не сочетаемое, мыслить нестандартно, видеть глубокие аналогии привело к рождению новой мощной теории. По пути из Глазго в Кембридж, с ежегодной встречи Британской ассоциации в сентябре 1855 года Максвелл пишет отцу: «Я привожу в порядок свою электрическую математику…»

В этом же месяце Максвелл сдает экзамены на право стать членом совета колледжа. При этом он берет на себя обет безбрачия: колледжи Кембриджа жили тогда по монастырским законам. Ему поручено читать трудные главы курсов гидростатики и оптики студентам третьего года. В декабре Максвелл прочел доклад о силовых линиях в Философском обществе Кембриджа.

Электрогидравлическая аналогия позволила Максвеллу в механических образах силовых трубок и линий представить явления электростатики, магнитостатики и электрического тока, что отражено в первой его работе по электромагнетизму «О фарадеевских линиях силы», опубликованной в 1857 году в «Трудах Кембриджского философского общества».

Но открытое Фарадеем явление электромагнитной индукции пока в эту теорию не укладывалось. В 1857 году Максвелл посылает статью вместе с письмом Фарадею. Тот, пораженный силой таланта молодого ученого, глубиной его математических знаний, ответил, что эта работа дает ему большую поддержку «и стимул к дальнейшим размышлениям». Письмо Фарадея стало большим событием в жизни Максвелла. О методе Фарадея, его идее близкодействия и поля Максвелл писал: «Он сообщил своей концепции силовых линий такую ясность и точность, каковые математикам удалось сообщить своим формулам». (Фарадей в одном из писем к Максвеллу спрашивал его: «Когда математик… приходит к своим заключениям, не могут ли они быть выражены общепонятным языком так же полно, ясно и определенно, как и посредством математических формул?»).

Абердин (Шотландия).

В феврале 1856 года Максвелл узнал о вакантной должности профессора натуральной философии в Маришаль-колледжн, Абердин. В Кембридже были религиозные препятствия для дальнейшего должностного роста (не англиканское вероисповедание) и др. В Абердине же приветствовали шотландца.

2 апреля 1856 года Максвелл лишился отца. Для него это была огромная потеря: отец заменил ему обоих родителей, был мудрым другом и советчиком. Всю свою любовь и нежность не помнивший матери Джеймс сосредоточил на отце.

З0 апреля 1856 года Максвелл получил назначение на кафедру в Маришаль-колледж. Это было радостное известие - настоящая кафедра физики (натуральной философии) за ним! Кроме того, Максвелл занимался предложенной в 1855 году Кембриджским университетом на соискание премии Адамса темой по теоретическому выяснению природы колец Сатурна. Работа представляла для Джеймса большой интерес, особенно, если учесть его прежнее увлечение волчками и теорией вращения. (В результате, по мысли Максвелла, вокруг Сатурна скорее всего находится множество мелких спутников - «кирпичных обломков», по его выражению. Это доказано только при помощи анализа гипотез твердого, жесткого, и жидкого кольца, теоретически, на бумаге). В 1857 году за эту работу Джеймсу была присуждена премия Адамса. В 1859 году королевский астроном сэр Джордж Эйри, прочитав трактат Максвелла о кольцах Сатурна, заявил, что это самое блестящее применение математики к физике, какое он когда-либо видел. Молодой профессор Максвелл был признан одним из самых авторитетных английских физиков-теоретиков. В 1895 году российский астроном А. А. Белопольский подтвердил предсказание Максвелла о природе колец Сатурна с помощью спектроскопических исследований.

Джеймс предлагал внести в процесс обучения черты исследования, так как справедливо считал, что пытливый ум развивается в процессе самостоятельного поиска ответов на загадки природы. Однако он не учитывал, что не все студенты готовы к такой методике обучения, и далеко не все понимают его с полуслова. Студенты с радостью принимали профессора в свой круг, им нравились его быстрый ум, юмор, энтузиазм, доброжелательность, но они не были готовы к самостоятельным исследованиям. Студенты любили его как преподавателя, а он хотел, чтобы они любили физику.

В феврале 1858 года состоялась помолвка Джеймса Клерка Максвелла и Кетрин Мери Дьюар, младшей дочери главы Маришаль-колледжа. Свадьба была назначена на июнь, она была скромной. Среди поздравлений было шуточное из Кембриджа, которое также извещало, что бывшие его коллеги не могут больше числить его в своих рядах, так как он нарушил обет безбрачия.

В 1858 году было вынесено решение объединить два абердинских университета, в результате кафедра натуральной философии Максвелла упразднялась. В июле 1860 года Максвелла рекомендовали на кафедру натуральной философии Кингс-колледжа Лондонского университета.

Кингс-колледж.

Осенью перед переездом в Лондон Максвелл с женой проводили время в Гленлейре, и Джеймс подхватил на ярмарке оспу, правда, не в самой тяжелой форме. Внимательный уход и забота жены спасли его.

Несмотря на устремление Кингс-колледжа к новым направлениям в обучении, здесь все же не было самостоятельных занятий студентов, они учились в процессе экспериментов, поставленных Максвеллом. Но и такой способ преподавания поддерживался не всеми студентами.

По оснащенности своих физических лабораторий Кингс-колледж опережал многие университеты мира. Максвелл уже добился того, что студенты на занятиях не наблюдали за приборами, а пользовались ими на практике, но он продолжал мечтать об их самостоятельной научной работе и большой лаборатории.

В июне 1860 года Максвелл присутствовал на ежегодном конгрессе Британской ассоциации в Оксфорде. Он ввел в физику два новых измерительных прибора: цветовой волчок и цветовой ящик. За исследования по смешению цветов и оптике Королевское общество наградило Максвелла медалью Румфорда. Он же решает доказать свою трехкомпонентную теорию цветов наиболее эффектным способом, то есть продемонстрировать коллегам цветную фотографию. А ведь в то время даже получение качественного черно-белого снимка являлось большой проблемой.

Максвеллу предложили прочитать в мае 1861 года перед Королевским институтом лекцию на тему «О теории трех основных цветов». Для демонстрации был сфотографирован трехцветный бант на черном фоне. Фотографирование производилось при солнечном цвете через прозрачные растворы зеленого, синего и красного цвета. Затем негативы были напечатаны на стекле. Для демонстрации в зале были установлены три волшебных фонаря (проектора), перед каждым фильтры - красный, синий, зеленый. Красные, синие и зеленые лучи проецируются на белый экран так, чтобы изображения совпали, и тогда все видят цветное, совершенно натуральное изображение банта. Никто тогда не понял, что, доказывая свою теорию цветов, Максвелл впервые показал миру цветную фотографию. И сегодня цветное телевидение основано на том же принципе, какой предложил Максвелл: экран цветного телевизора состоит как бы из трех экранов: красного, зеленого и синего. Поместите каплю воды на экран (она будет играть роль увеличительного стекла), и вы убедитесь в том, что любое цветное изображение «построено» на самом деле из точек только этих трех цветов.

Кинетическая теория газов.

В конце абердинского периода внимание Максвелла привлекли две статьи немецкого физика Рудольфа Клаузиуса, одного из создателей термодинамики и кинетической теории газов. В статьях рассматривалась роль, которую могла бы играть вращательная энергия молекул в теплоте вещества, и сделана попытка определения физического смысла свободного пробега молекулы.

Максвеллу удалось получить кривые распределения молекул по скоростям для различных газов и ввести понятие наиболее вероятной в данном газе скорости молекул. При этом впервые в физике были сказаны слова «вероятно», «событие может произойти с большой степенью вероятности». Максвелл показал, что в результате столкновений между молекулами газа в результате получается некоторое стационарное распределение скоростей. В физику пришли законы теории вероятностей.

Лондонский период.

Лекционная нагрузка была более напряженной, чем в Абердине, и время на научную работу Максвелл урывал утром, до подъема домочадцев. Прежде всего, он набросал планы будущих книг, причем, так как к книге по оптике он охладел, предполагались систематические книги по электричеству и теплу. Один из рабочих блокнотов лондонского периода с наброском плана рукописи по электромагнетизму сохранился. В нем отмечены достижения тех ученых, которых Максвелл считал своими предшественниками: Эрстеда, Ампера, Фарадея…

Статья «О фарадеевских линиях силы» нуждалась в продолжении, важнейший закон электромагнитной индукции не укладывался в рамки электрогидравлических аналогий, следовательно, не было математической его модели. Нужно было найти новую аналогию, которая бы отражала одновременно и поступательное движение токов, и вращательный, вихревой характер магнитного поля. Новой моделью стала среда, охваченная вихревым движением. Вращающиеся «Молекулярные вихри» (внутри молекул) производят магнитное поле. Направление осей вихрей совпадает с силовыми линиями. Скорость их вращения определяет величину магнитной силы.

Механическая модель электромагнитных явлений, построенная Максвеллом, приводила к странному выводу: изменение электрического поля порождает магнитное поля. Этот вывод был симметричен выводу Фарадея, состоявшему в том, что изменение магнитного поля приводит к появлению электрического поля.

Электромагнитная теория света.

Статья «О физических силовых линиях» выходила по частям, и каждая из них содержала новые идеи. В третьей части Максвелл писал: «…Теория света вынуждает нас предполагать наличие такой же упругости и для светоносной среды для того, чтобы обеспечить возможность поперечных колебаний». Максвелл отмечает сходство свойств «светоносной» и «электрической» сред.

На основании своих расчетов Максвелл приходит к выводу, что скорость электромагнитных волн совпадает со скоростью света. Это подводит его к великому открытию. Он пишет: «Едва ли мы можем избежать заключения о том, что свет состоит из тех же поперечных колебаний той же самой среды, которая является причиной электрических и магнитных явлений». Это было первым шагом к электромагнитной теории света.

Теорию электромагнитного поля Максвелл доложил в Королевском обществе. Были убраны использованные модели и наглядные образы. Представленные уравнения поля были не менее наглядны и реальны, чем результаты опытов. Максвелл как-то сказал: «На благо людей с различным складом ума научная правда должна представляться в различных формах и должна считаться равно научной, будет ли она представлена в ясной форме и живых красках физической иллюстрации или в простоте и бледности символического выражения».

В статье «Динамическая теория электромагнитного поля» Максвелл впервые использовал термин «электромагнитное поле». Он считал его пространством, окружающим электрические или магнитные тела. Всплеск магнитного поля вызывает всплеск электрического поля, всплеск электрической волны рождает всплеск магнитной волны. Из-под пера Максвелла «выпорхнули» предсказанные им электромагнитные волны.

Осенью 1865 года Максвелл оставляет кафедру и переезжает в Гленлейр. Там он занимается перестройкой и расширением имения, много читает вместе с женой, в основном классиков, особенно Шекспира. Главным же является работа над основными трудами жизни «Теорией теплоты» и «Трактатом об электричестве и магнетизме».

Весной 1867 года по совету врача супруги предприняли путешествие в Италию, где Максвеллу все нравилось: архитектура, итальянская музыка и итальянский язык. Максвелл все время совершенствовался в языках: он знал хорошо греческий, латинский, итальянский, французский и немецкий.

В 1866 году в статье «По поводу динамической теории газов» он решил задачу описания закона взаимодействия молекул так остроумно, что австрийский физик Людвиг Больцман сравнил работу Максвелла с величественной музыкальной драмой.

Кавендишская лаборатория.

В 1870 году Уильям Кавендиш, герцог Девонширский, внучатый племянник известного физика Генри Каведиша и канцлер Кембриджского университета, представил в сенат университета меморандум о желании построить при университете физическую лабораторию. Сенат принял этот дар и учредил при создаваемой лаборатории должность профессора. 8 марта 1871 года Максвелл был назначен первым кавендишским профессором экспериментальной физики в Кембридже.

Кавендишская лаборатория была торжественно открыта 16 июня 1874 года в присутствии многих именитых гостей, в том числе иностранных ученых и в их числе русский профессор А. Г. Столетов.

Вместе с лабораторий Максвеллу доставили еще одно пожертвование герцога Девонширского - двадцать пакетов рукописей достопочтенного Генри Кавендиша, чьим именем была названа лаборатория. Максвелл работал над этими рукописями: их расшифровкой, проверкой результатов экспериментов и гипотез, в течение пяти лет, в 1874-1879 годах.

«Уравнения Максвелла»

При открытии лаборатории Максвелл рассказывал об экспериментальной физике и характере современных экспериментов, о том, что человек, вкладывающий душу в работу, всегда успевает больше, чем человек, чьи интересы не связаны с его занятием. Лекция закончилась аплодисментами слушателей.

Вышедший в 1873 году «Трактат об электричестве и магнетизме» должен был, по мнению автора, стать практическим пособием для ученых, инженеров и студентов. Значительная его часть была посвящена изложению методов измерения и описанию измерительной аппаратуры. В «Трактате» были сформулированы «уравнения Максвелла». Они, по сути, те же, что и в «Динамической теории», но выведены с помощью векторного исчисления.

Многие русские ученые поддерживали и развивали теорию Максвелла (Умов, Столетов, Лебедев и другие) еще до ее подтверждения Герцем, последовавшим уже после смерти Максвелла.

Память о Максвелле.

Первые признаки болезни Максвелл почувствовал в начале 1877 года. Он попытался снять боль, выпив раствор питьевой соды. Однако болезнь не исчезла, и в апреле 1879 года затруднения при глотании пищи стали очень заметны, и Максвелл описал их в письме семейному доктору Пагету, одному из лучших английских врачей того времени. Пагет знал эти симптомы, от этой болезни умерла мать Максвелла. Уже в мае кембриджские друзья заметили потерю упругости походки и потухшие глаза. В пасхальном семестре 1879 года Максвелл приходил в лабораторию совсем ненадолго - он быстро уставал. Но все-таки он заставил себя завершить курс лекций по электричеству и в мае прочел последнюю лекцию. В июне он, как обычно, возвратился в Гленлейр, вел большую переписку, письма были полны юмора и всяческой информации обо всем. Максвелл был уверен, что в деревне наберется сил…. 2 октября был созван консилиум врачей, которые сошлись во мнении, что у Максвелла рак и ему осталось жить не более месяца. С этого момента он беспокоился о здоровье жены, старался завершить начатую популярную книгу «Электричество в элементарном изложении». Решено было вернуться в Кембридж, что Максвеллы и сделали в октябре 1879 года. Доктор Пагет, как мог, облегчал страдания Максвелла. 5 ноября больной был так слаб, что не мог говорить. Последние слова его были обращены к жене.

Максвелл был похоронен рядом с родителями недалеко от Гленлейра. В октябре 1931 года в Вестминстерском аббатстве были открыты мемориальные плиты Майклу Фарадею и Джеймсу Клерку Максвеллу.

Смерть оказалась бессильна против того, что сделано этим выдающимся ученым в науке. В физике есть и «уравнения Максвелла», и «электромагнитная теория Максвелла», и «закон Максвелла», и «статистика Максвелла-Больцмана», и «распределение Максвелла», «правило и ток Максвелла»…



Рассказы об ученых по физике.