آشنایی با جیمز کلارک مکسول و نقش او در پیشبرد دانش

جیمز کلارک مکسول

جیمز کلارک مکسول ۱۸۷۹-۱۸۳۱ در سال ۱۸۶۱ نخستین عکس رنگی را تولید کرد. در سال ۱۸۶۴ کتاب نظریهٔ دینامیکی میدان‌الکتریکی را منتشر کرد. در سال ۱۸۷۳ رساله‌ای در خصوص الکتریسیته و مغناطیس را انتشار داد. در سال ۱۸۸۸ هاینریش رودولف هرتز امواج رادیویی را در جهت تایید نظریه‌های مکسول در مورد انواع کشف‌نشده موج کشف کرد.

دستاوردهای فیزیکدان اسکاتلندی، جیمز کلارک مکسول، در حوزهٔ الکترومغناطیس عمدتاً در اوایل دهه ۱۸۶۰ که استاد کینگز کالج لندن بود رخ دادند. او ایدهٔ فاراده مربوط به رابطهٔ بین الکتریسیته و مغناطیس را بر حسب میدان‌های نیرو تشریح کرد و کاوش برای توضیح این رابطه را آغاز کرد. مکسول پس از کوتاه زمانی مشاهده کرد که این اتفاق امر ساده‌ای است: الکتریسیته و مغناطیس فقط نمودهای متناوبی از پدیدهٔ واحدی‌اند، نکته‌ای که وی آن را از طریق ایجاد امواج‌الکتریکی و مغناطیسی متقاطع از یک جریان‌الکتریکی نوسانی ساده اثبات کرد. افزون بر این‌ها، مکسول پی برد که سرعت این امواج مشابه سرعت نور (۳۰۰٬۰۰۰ کیلومتر در هر ثانیه) است و همان‌طور که فاراده خاطرنشان کرده بود، نتیجه گرفت که نور مرئی معمولی در واقع شکلی از تابش الکترومغناطیس است. او استدلال کرد که نورهای فروسرخ و فرابنفش یکسان‌اند و وجود انواع دیگری از موج را خارج از دامنه شناخته شده آن زمان پیش‌بینی کرد که به همان ترتیب قابل توجیه خواهند بود. کشف امواج رادیویی در سال ۱۸۸۸ توسط هاینریش رودولف هرتز بعدها این امر را تایید کرد.

الکترومغناطیس

ولی مکسول در این‌جا متوقف نشد. او در سال ۱۸۶۴ رسالهٔ دینامیکی میدان‌الکتریکی را منتشر کرد که توضیحی هم‌سان و ریاضیاتی برای الکترومغناطیس ارائه می‌کرد. این رساله بر پایه چهار معادله استوار بود که امروزه صرفاً به آن‌ها معادله‌های مکسول می‌گویند و بین میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی رابطه برقرار می‌کند. او بعداً قطعهٔ دیگری در این ارتباط در سال ۱۸۷۳ تحت عنوان رساله‌ای در باب الکتریسیته و مغناطیس منتشر کرد.

مکسول و بولتسمان

در حالی که برجسته‌ترین دستاوردهای مکسول در زمینهٔ توضیح تابش الکترومغناطیس بود، کار مهم دیگری در حوزهٔ ترمودینامیک انجام داد و برای رفتار جنبشی گازها توضیحات مهمی ارائه کرد. این توضیح بر اساس ایده حرکت مولکول‌ها در گاز استوار بود. این دانشمند اسکاتلندی اظهار داشت که سرعت این ذرات به میزان زیادی متغیر است. مجدداً از مهارت‌های ریاضیاتی‌اش به منظور تدوین مدلی آماری بهره برد که ایده‌های پشتیبان این پژوهش را که امروزه با عنوان قانون توزیع مکسول-بولتسمان شناخته می‌شود، تقویت کند (قسمت پایانی این نام از نام لودویگ ادونارت بولتسمان اتریشی که مستقلاً به همین توضیح دست یافته بود برگرفته شده است). در میان چیزهای دیگر این توضیح متقاعدکننده که گرمای درون گاز همان حرکت مولکول‌هاست، سرانجام نظریهٔ مایع کالریک گرما را از دور خارج کرد.

عکاسی رنگی

هنر دیگر مکسول شامل این نتیجه‌گیری بود که تمامی رنگ‌ها می‌توانند از ترکیب سه رنگ اصلی تشکیل شدند. او در سال ۱۸۶۱ این کشف را به ویژه در عکاسی به منظور تولید نخستین عکس رنگی به کار برد. مکسول در اوایل دوران حیات حرفه‌ای‌اش، حلقه‌های زحل را مطالعه کرده و نتیجه گرفته بود که آن حلقه‌ها از تعداد بسیار زیادی ذرات کوچک تشکیل شده‌اند و همان‌گونه که وی قبلا فرض کرده بود، نمی‌توانند مایع و یا کاملا جامد باشند. او در سال ۱۸۷۱ به کمبریج بازگشت و نخستین استاد فیزیک در آزمایشگاه کاوندیش شد که به تاسیس آن کمک کرده بود. این آزمایشگاه به علت پیشرفت‌هایی که در زمینه علم فیزیک در طول دهه‌ها در آن حکم‌فرما بود، و به جهت تربیت دانشمندان بی‌شمار برجسته، شهرت جهانی به دست آورد. این احتمال بسیار زیاد است که این فیزیکدان اسکاتلندی خودش قادر به هدایت بسیاری از پیشرفت‌هایی بوده که به علت مرگ زودهنگام و غم‌انگیزش نتوانسته آن‌ها را انجام دهد. وی فقط ۴۸ سال داشت که به بیماری سرطان مبتلا شد و در اثر آن در گذشت. گرچه نخستین معلم خصوص‌اش یعنی ویلیام هاپکینز، یکی از روشن‌فکرترین هموطنانش، او را دانش‌آموزی کندذهن شناخته بود، توانایی خارق‌العاده‌اش در دانشگاه شناخته شد. اینشتین نیز تغییر در مفهوم واقعیت در فیزیک را نتیجه کار مکسول و با عنوان ژرف‌ترین و سودمندترین نظریه‌هایی که علم فیزیک از زمان نیوتون تاکنون تجربه کرده است، توصیف کرد.

میراث علمی مکسول

جیمز کلارک مکسول ممکن بود تا این اندازه مشهور نباشد ولی موقعیت وی به عنوان یک دانشمند از جانب بسیاری به عنوان فردی هم‌تراز با آیزاک نیوتون و آلبرت اینشتین مورد توجه قرار گرفته است.

او نیز همچون بسیاری از دیگر دانشمندان توضیحاتی در مورد پدیده‌های فیزیکی ارائه کرد که اساس درک ما از آن‌ها را متحول کرد. او راهی را برای دانشمندان دیگر گشود تا از آن به واسطه استفاده از کشف‌های تجربی فاراده در زمینه الکترومغناطیس و فراهم آوردن توضیح ریاضیاتی واحدی برای دستاوردی که ذهن‌های دیگر برای مدت طولانی از آن طفره رفته بودند، پیروی کند.

آلبرت اینشتین در مورد مکسول می‌گوید: «پرمحتواترین و سودمندترین نظریه‌ها از زمان آیزاک نیوتن».

دیدگاه خود را با ما اشتراک بگذارید:

ایمیل شما نزد ما محفوظ است و از آن تنها برای پاسخگویی احتمالی استفاده می‌شود و در سایت درج نخواهد شد.
نوشتن نام و ایمیل ضروری است. اما لازم نیست که کادر نشانی وب‌سایت پر شود.
لطفا تنها در مورد همین نوشته اظهار نظر بفرمایید و اگر درخواست و فرمایش دیگری دارید، از طریق فرم تماس مطرح کنید.