جیمز کلرک مکسول : زندگینامه و دستاوردهای علمی او

0

دو عدد پونز اختیار کنید و آن‌ها را به فاصله پنج سانتیمتر از هم در قطعه کاغذی فرو کنید. بعد تکه نخی را به آن‌ها ببندید. حالا با نوک مدادی که به دوسر نخ بسته شده نخ را محکم بکشید و خطی رسم کنید.

زمانی که مکسول ۱۴ ساله بود دست به چنین ابتکاری زد و نخستین کسی بود که موفق شد با این طریقه بیضی کامل رسم کند. هنگامی که اختراع ریاضی این پسرک در انجمن سلطنتی ادینبورگ توسط یکی از استادان توضیح داده می‌شد پدرش هم شرکت داشت.

البته تنها به خاطر ابتکار در رسم بینی نبود که مکسول به شهرت رسید، بلکه آنچه ما را به یاد این دانشمند می‌اندازد تحقیقات ارزنده‌اش در زمینه علوم ریاضی است. کتاب معروف مکسول، بنام «نظریه دینامیکی میدان الکترومانتیک» در سال ۱۸۶۵ بچاپ رسید. انتشار این کتاب، کمک‌های زیادی به علم و تکنولوژی کرد و راه جدیدی را بروی دستگاه‌هایی مثل رادیو، تلویزیون، رادار و غیره که بر اساس امواج الکترومانیتیک کار می‌کنند گشود. نام مکسول، مانند نوابغ بزرگ جهان چون نیوتن، اینشتین همیشه زنده و جاودان خواهد بود.

جیمز کلر ک مکسول، در ۱۳ نوامبر ۱۸۳۱ در شهر ادینبورگ اسکاتلند متولد شد. خانواده‌اش سرشناس و مشهور بودند. این شهرت نه تنها بخاطر فضل و دانش افراد این خانواده بود، بلکه همه کسانی که خانواده مکسول را می‌شناختند برای آن‌ها احترام و ارزش خاصی قایل بودند. پدر جیمز، کارشناس امور حقوقی بود. او مردی فعال و با پشتکار بود، و از املاک ناچیزی که از پدر به ارث برده بود و نگهداری می‌کرد. اما بیشتر توجه‌اش روی پسرش جیمز بود، وسعی داشت که از او بخوبی مراقبت کند. جیمز به ساختن اسباب‌ها و دستگاه‌های فنی خیلی علاقه داشت، و پدرش او را به این کار تشویق می‌کرد. او بسیار کنجکاو بود، و به هر اختراع تازه‌ای علاقه نشان می‌داد و خیلی مایل بود که با طرز کار دستگاه‌ها آشنا شود. جیمز مانند خیلی از بچه‌های امروز مدل‌ها و ابزار‌های مکانیکی می‌ساخت، اما چون در آن زمان فروشگاهی برای خرید لوازم و قطعات این دستگاه‌ها وجود نداشت ناچار بود خودش آن‌ها را بسازد.

جیمز، ۹ ساله بود که مادرش را از دست داد. و پدر با کمک خواهرش مراقبت از او را بر عهده گرفتند و کوشش کردند تا کمبودی در زندگی احساس نکند و فقدان مادر او را آزرده خاطر نکند. جیمز، در ده سالگی وارد مدرسه ادینبورگ شد. او لباس‌های بی‌قراره بر تن می‌کرد و کفش‌های بی‌ریخت می‌پوشید. و این‌ها همه انتخاب پدرش بود. جیمز، جثه ضعیفی داشت بطوریکه همکلاسانش می‌توانستند او را بغل کنند و این کار را هم می‌کردند. بچه‌های مدرسه، او را جیمز احمق و نادان صدا می‌زدند. اما او به این چیز‌ها توجه نداشت و سرگرم مطالعه درس و کتاب مدرسه بود. روزی رسید که تمام رقیب‌هایش را شکست داد و جزو شاگردان ممتاز شناخته شد. جیمز، در ۱۶ سالگی وارد دانشگاه ادینبورگ شد و چون سابقه او را می‌دانستند که ریاضیدان خوبی است، استقبال شایسته‌ای از او کردند و قسمتی از کار‌های تحقیقی را به وی سپردند. در این ایام ناگهان جیمز علاقه زیادی به سرودن شعر در خود احساس کرد. شعر‌هایش چندان تعریفی نداشت اما خودش در سراسر زندگی از خواندن آن‌ها لذت می‌برد.

مکسول، در سال ۱۸۵۰ اسکاتلند را ترک کرد و برای ادامه تحصیلات به دانشگاه کمبریج رفت. در آنجا به دستور ویلیام هاپکینز، در ردیف دانشجویان ممتازی که در رشته ریاضی با هم رقابت می‌کردند قرار گرفت. هاپکینز، درباره مکسول می‌گوید: «ظاهراً ناممکن است که او روی مسائل فیزیکی درست فکر نکند. » مکسول، در مسابقه ریاضی نفر دوم شد و به عضویت کلوب آپوستل، که دوازده تن از برجسته‌ترین دانشجویان کمبریج عضو آن بودند، درآمد.

دوستان هم خوابگاه او همیشه از دستش ناراحت بودند. زیرا جیمز فلسفه عجیبی در مورد خواب داشت. او شبانه روز را به دو وعده خواب و بیداری تقسیم کرده بود، از ساعت ۲ بعدازظهر تا ۳۰/۲ صبح مطالعه می‌کرد و در راهرو‌های‌آسایشگاه بالا و پایین می‌رفت، و بقیه ساعات را استراحت می‌کرد.

مکسول، در سال ۱۸۵۴ فارغ التحصیل شد. اما تصمیم گرفت که به تحصیلاتش در دانشگاه‌ترینیتی کمبریج ادامه دهد. او مطالعات زیادی روی خاصیت رنگ‌ها انجام داد و ثابت کرد که از ترکیب سه رنگ اصلی قرمز و سبز و آبی می‌توان هر رنگ دلخواهی را بوجود آورد. پژوهش‌های علمی مکسول در این زمینه اساس و پایه کار تلویزیون رنگی بود. به عبارت دیگر، تمام رنگ‌های روی پرده تلویزیون رنگی از ترکیب رنگ‌های بالا بوجود می‌آید. مکسول، بخاطر تحقیقات ارزنده‌اش در روی رنگ‌ها، موفق به دریافت مدال رمفورد از انجمن سلطنتی شد.

در این موقع به او خبر رسید که پدرش سخت مریض است و در بستر بیماری افتاده است. جیمز بی‌درنگ به اسکاتلند پیش پدرش رفت تا از او مراقبت کند. اما پدرش روز‌های آخر زندگی را می‌گذراند. جیمز، در این اواخر کرسی استادی فلسفه طبیعی کالج مریچال را در آبردین (Aberdeen: شهری است در اسکاتلند انگلستان که دانشگاه آن از دانشگاه‌های قدیمی و مشهور بریتانیاست. – م. ) احراز کرده بود اما پیش از آنکه بتواند کار جدیدش را شروع کند پدرش از دنیا رفت و او را سخت اندوهناک ساخت.

دانشجویان مکسول دو دسته بودند؛ یک دسته آن‌هایی که زیاد زرنگ و باهوش نبودند و نمی‌توانستند از کلاس درس آن طور که باید و شاید بهره‌ای ببرند. دسته دیگر شاگردان با استعداد و هوشمند بودند که از دانش این استاد بزرگ استفاده می‌کردند. مکسول، در کالج مریچال با دختر زیبای رئیس کالج آشنا شد و این آشنایی سرانجام به ازدواج آندو کشید. او در این باره به عمه‌اش می‌نویسد: «محبوب من از علم ریاضی چیزی نمی‌داند و علاقه‌ای نیز به آن ندارد، اما در وجودش چیز‌هایی ماورای این نهفته است که مرا دلباخته او کرده است. »

مکسول، قدرت شگفتی در تجزیه و تحلیل مسائل ریاضی داشت و با استفاده از روش‌های ریاضی توانست روی حلقه‌های سیاره زحل و همچنین تئوری جنبشی گاز‌ها مطالعات ارزنده‌ای انجام دهد. اکتشاف‌های علمی مکسول در زمینه برق و مغناطیس سایر خدمات او را تحت الشعاع قرار داده.

مکسول، تئوری فارادی را در باره القاء الکتریسیته و مغناطیس، مطالعه کرد و کار تولید برق با کمک نیروی مغناطیسی بسیار مورد توجه او قرار گرفت. مکسول، این نظریه را در مغز خود پرورش داد و نقشه‌ای از میدان مغناطیسی پیش خود تصور کرد. مدل فرضی مکسول عبارت بود از استوانه‌های گردنده‌ای که به وسیله‌گره‌های کوچکی مثل ساچمه بلبرینگ از هم جدا شده بودند. هنگامی که یکی از استوانه‌ها می‌چرخید حرکت آن از طریق‌گره‌ها به استوانه‌های دیگر منتقل می‌شد و همه شروع به چرخیدن می‌کردند. مکسول، با استفاده از این مدل چهار اصل ساده زیر را بنیاد نهاد:

۱- خط نیروی مغناطیسی عبارت از خط بسته‌ای است بشکل حلقه بدون انتها.

۲- خط نیروی الکتریکی خط بسته‌ای است بشکل حلقه که روی خود برگشت دارد.

٣- تغییر میدان مغناطیسی تولید میدان الکتریکی می‌کند.

۴- تغییر میدان الکتریکی تولید میدان مغناطیسی می‌کند.

خطوط نیروی ماکسول

فارادی، پیش از مکسول ثابت کرده بود که با تغییر دادن میدان مغناطیسی، جریان برق در سیم هادی تولید می‌شود. اما مکسول، از آزمایش‌های خود به این نتیجه رسید که با تغییر دادن حوزه مغناطیسی می‌توان یک اثر الکتریکی در فضا بوجود آورد. همچنین تغییر در میدان الکتریکی سبب پیدایش یک اثر مغناطیسی خواهد شد. مکسول، با استفاده از فرمول‌ها و روابط ریاضی، در این زمینه مطالعات زیادی کرد و ثابت کرد که برای انتقال امواج الکتریکی و مغناطیسی مدت زمانی احتیاج است و سرعت این امواج با سرعت نور برابر است و انتقال این دو موج همیشه با هم صورت می‌گیرد. ۱۰ سال پس از مرگ مکسول، فیزیکدان معروف آلمانی، هنریش هرتز، صحت تئوری الکترومانتیک مکسول را بدنبال اختراع دستگاه‌های فرستنده و گیرنده رادیویی، تأیید کرد. ۷۵ سال بعد از مرگ مکسول، مهندسان و متخصصان الکترونیک پی به اهمیت معادلات و فرمول‌های ریاضی مکسول بردند و آن‌ها را کلید اکتشاف‌های جدید دانستند.

امروز بر ما پوشیده نیست که مکسول اختراعات ارزنده و جاودانی از خود بجا گذارده است. او ثابت کرده که تمام امواج الکترومانتیک از قوانین بکسانی پیروی می‌کنند، خواه این امواج حرارتی با نورانی باشد و خواه رادیویی با پرتو‌های ایکس و گاما.

مکسول برای مدت نامعلومی به خانه‌اش درگلنر، رفت تا تئوری الکترومانیتیک را تکمیل کند. او کتاب‌های گوناگونی درباره حرارت، ریاضیات، رنگ‌ها و موضوع‌های فیزیکی نوشت. مکسول، به همسایگان خود علاقه زیادی داشت و با بچه‌های آن‌ها بازی می‌کرد. گاهی برای سرپرستی و بازرسی امتحانات دانشگاهی به کمبریج می‌رفت. در زندگی شیفته شعر‌های دل‌انگیز بود و خودش شعر‌های زیادی سرود.

در سال ۱۸۷۱، مقامات دانشگاه کمبریج تصمیم گرفتند که شخصی را برای کرسی استادی فیزیک تجربی انتخاب کنند، بطوریکه درباره موضوع‌های حرارتی الکتریسیته و مغناطیس صاحب تجربه و‌ دانش کافی باشد. در این موقع دیو کند دون شاپر، رئیس دانشگاه و عضو خانوادگی هنری کاوندیش که برای ایجاد ساختمان آزمایشگاه کاوندیش بودجه آن را برعهده گرفته بود و به مکسول پیشنهاد این پست را کرد که ضمن نظارت بر ساختمان و نصب دستگاه‌ها و اداره آن را تقبل کند. مکسول نخست در قبول این پیشنهاد مردد بود اما بر اثر اصرار دوستانش این را پذیرفت.

مکسول، به نگارش مطالب مختلف علمی همت گماشت و نوشته‌های هنری کاوندیش را به چاپ رساند. مکسول، دردوسال آخر عمر، زندگیش را وقف مراقبت و نگهداری از همسر علیلش کرد، گرچه خودش در این اواخر سخت بیمار بود. مکسول، مدت‌ها از بیماری سرطان رنج می‌برد اما درباره وضع مزاجی و چگونگی بیماری هرگز با پزشکان مشورت نمی‌کرد. حتی با دوستانش در این خصوص سخنی نمی‌گفت. شدت بیماری او را کاملاً از پا انداخته بود، از درد رنج می‌کشید اولی روحیه‌اش را حفظ می‌کرد و با دوستانش به بذله گویی و شوخی می‌پرداخت. او مردی متواضع، خوش خلق و مهربان بود. سرانجام اجل مهلتش نداد و در ۵ نوابر سال ۱۸۷۹ درگذشت در حالی که بیش از ۴۸ سال نداشت.

بشر، آن طور که باید و شاید از اکتشاف‌ها و پیش‌بینی‌های علمی مکسول استفاده نبرده است. هنوز خیلی از مسایل هست که در آینده به یاری مطالعات با ارزش مکسول حل خواهد شد. معادلات ریاضی این دانشمند بسیاری از موضوع‌هایی را که به درک تئوری اتمی مربوط می‌شدند پیشگویی کرده بود.


 

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.