James Clerk Maxwell

La ignorancia conscientemente profunda es el preludio de todo avance real en la ciencia.

James Clerk Maxwell fue un científico escocés en el campo de la física matemática. Su logro más notable fue formular la teoría clásica de la radiación electromagnética, reuniendo por primera vez la electricidad, el magnetismo y la luz como diferentes manifestaciones del mismo fenómeno. Las ecuaciones de Maxwell para el electromagnetismo han sido llamadas la "segunda gran unificación en la física", donde la primera había sido realizada por Isaac Newton.

Con la publicación de "A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field" en 1865, Maxwell demostró que los campos eléctricos y magnéticos viajan por el espacio como ondas que se mueven a la velocidad de la luz. Propuso que la luz es una ondulación en el mismo medio que es la causa de los fenómenos eléctricos y magnéticos. La unificación de la luz y los fenómenos eléctricos llevó a su predicción de la existencia de las ondas de radio. Maxwell también es considerado como un fundador del campo moderno de la ingeniería eléctrica.

Ayudó a desarrollar la distribución de Maxwell–Boltzmann, un medio estadístico de describir aspectos de la teoría cinética de los gases. También es conocido por presentar la primera fotografía en color duradera en 1861 y por su trabajo fundamental en el análisis de la rigidez de marcos de barras y articulaciones como los de muchos puentes.

Sus descubrimientos ayudaron a inaugurar la era de la física moderna, sentando las bases para campos como la relatividad especial y la mecánica cuántica. Muchos físicos consideran a Maxwell como el científico del siglo XIX que mayor influencia tuvo en la física del siglo XX. Sus contribuciones a la ciencia se consideran por muchos que son de la misma magnitud que las de Isaac Newton y Albert Einstein. En la encuesta del milenio —una encuesta de los 100 físicos más destacados— Maxwell fue votado como el tercer físico más grande de todos los tiempos, detrás únicamente de Newton y Einstein. En el centenario del cumpleaños de Maxwell, Einstein describió el trabajo de Maxwell como el "más profundo y más fructífero que la física ha experimentado desde los tiempos de Newton". Einstein, cuando visitó la Universidad de Cambridge en 1922, le fue dicho por su anfitrión que había hecho grandes cosas porque estaba de pie en los hombros de Newton; Einstein respondió: "No, no lo estoy. Estoy de pie en los hombros de Maxwell".

Vida

Primeros años, 1831–1839

James Clerk Maxwell nació el 13 de junio de 1831 en 14 India Street, Edimburgo, en la familia de John Clerk Maxwell de Middlebie, un abogado, y Frances Cay, hija de Robert Hodshon Cay y hermana de John Cay. Su lugar de nacimiento ahora alberga un museo operado por la Fundación James Clerk Maxwell. Su padre era un hombre de medios cómodos de la familia Clerk de Penicuik, poseedores de la baronetía de Clerk de Penicuik. El hermano de su padre era el 6º Baronet. Había nacido como "John Clerk", agregando Maxwell al suyo después de que heredara como infante en 1793 la propiedad de Middlebie, una propiedad Maxwell en Dumfriesshire. James era primo hermano tanto de la artista Jemima Blackburn, hija de la hermana de su padre, como del ingeniero civil William Dyce Cay, hijo del hermano de su madre. Cay y Maxwell eran amigos cercanos y Cay actuó como su padrino cuando Maxwell se casó.

Los padres de Maxwell se conocieron y se casaron cuando tenían bien entrada la treintena; su madre tenía casi 40 años cuando él nació. Habían tenido una hija anterior llamada Elizabeth, que murió en la infancia.

Cuando Maxwell era joven, su familia se mudó a Glenlair, en Kirkcudbrightshire, que sus padres habían construido en la propiedad que comprendía 1.500 acres 610 ha. Todos los indicios sugieren que Maxwell había mantenido una curiosidad insaciable desde una edad temprana. A los tres años, todo lo que se movía, brillaba o hacía ruido suscitaba la pregunta: "¿cómo funciona eso?". En un pasaje agregado a una carta de su padre a su cuñada Jane Cay en 1834, su madre describió este sentido innato de inquisitividad:

Es un hombre muy feliz, y ha mejorado mucho desde que el clima se ha moderado; tiene mucho trabajo con puertas, cerraduras, llaves, etc., y "muéstrame cómo funciona" nunca sale de su boca. También investiga el curso oculto de los arroyos y cables de campanas, la forma en que el agua llega desde el estanque a través de la pared....

Educación, 1839–1847

Reconociendo el potencial del chico, la madre de Maxwell, Frances, asumió la responsabilidad de su educación temprana, que en la era victoriana era en gran medida trabajo de la mujer de la casa. A los ocho años podía recitar largos pasajes de Milton y todo el salmo 119 176 versos. De hecho, su conocimiento de las escrituras ya era detallado; podía dar capítulo y verso para casi cualquier cita de los salmos. Su madre enfermó de cáncer abdominal y, después de una operación fallida, murió en diciembre de 1839 cuando tenía ocho años. Su educación fue entonces supervisada por su padre y la cuñada de su padre, Jane, ambos jugaron papeles fundamentales en su vida. Su educación formal comenzó sin éxito bajo la guía de un tutor contratado de 16 años. Se sabe poco sobre el joven contratado para instruir a Maxwell, excepto que trató al chico más joven con dureza, regañándolo por ser lento y caprichoso. El tutor fue despedido en noviembre de 1841. El padre de James lo llevó a la demostración de Robert Davidson de propulsión eléctrica y fuerza magnética el 12 de febrero de 1842, una experiencia con implicaciones profundas para el chico.

Maxwell fue enviado a la prestigiosa Edinburgh Academy. Se alojó durante los períodos de clase en la casa de su tía Isabella. Durante este tiempo, su pasión por el dibujo fue animada por su prima mayor Jemima. El Maxwell de 10 años, habiendo sido criado en aislamiento en la propiedad campestre de su padre, no se adaptó bien a la escuela. El primer año había sido completo, obligándolo a unirse al segundo año con compañeros un año mayor que él. Sus modales y acento de Galloway fueron percibidos por los otros chicos como rústicos. Habiendo llegado el primer día de escuela vistiendo un par de zapatos hechos a mano y una túnica, ganó el apodo poco amable de "Daftie". Nunca pareció resentir el epíteto, llevándolo sin protesta durante muchos años. El aislamiento social en la Academia terminó cuando conoció a Lewis Campbell y Peter Guthrie Tait, dos chicos de edad similar que fueron notables académicos más adelante en la vida. Permanecieron amigos de por vida.

Maxwell estaba fascinado por la geometría desde una edad temprana, redescubriendo los poliedros regulares antes de recibir instrucción formal. A pesar de ganar el premio de biografía bíblica de la escuela en su segundo año, su trabajo académico pasó desapercibido hasta que, a los 13 años, ganó la medalla matemática de la escuela y el primer premio en inglés y poesía.

Los intereses de Maxwell iban mucho más allá del plan de estudios escolar y no prestó una atención particular al desempeño en los exámenes. Escribió su primer artículo científico a los 14 años. En él describió un medio mecánico de dibujar curvas matemáticas con una cuerda, y las propiedades de elipses, óvalos cartesianos y curvas relacionadas con más de dos focos. El trabajo, de 1846, "On the description of oval curves and those having a plurality of foci" fue presentado a la Royal Society of Edinburgh por James Forbes, profesor de filosofía natural en la Universidad de Edimburgo, porque Maxwell fue considerado demasiado joven para presentar el trabajo él mismo. El trabajo no fue totalmente original, ya que René Descartes también había examinado las propiedades de tales elipses multifocales en el siglo XVII, pero él había simplificado su construcción.

Universidad de Edimburgo, 1847–1850

Maxwell dejó la Academy en 1847 a los 16 años y comenzó a asistir a clases en la Universidad de Edimburgo. Tuvo la oportunidad de asistir a la Universidad de Cambridge, pero decidió, después de su primer trimestre, completar el curso completo de sus estudios de pregrado en Edimburgo. El personal académico de la Universidad incluía algunos nombres muy respetados; sus tutores del primer año incluían Sir William Hamilton, quien le impartió clases sobre lógica y metafísica, Philip Kelland en matemáticas, y James Forbes en filosofía natural. No encontró sus clases en la Universidad exigentes, y por lo tanto pudo sumergirse en el estudio privado durante el tiempo libre en la Universidad y particularmente cuando regresaba a casa en Glenlair. Allí experimentaría con aparatos químicos, eléctricos y magnéticos improvisados, sin embargo sus principales preocupaciones se referían a las propiedades de la luz polarizada. Construyó bloques de gelatina moldeados, los sometió a varios esfuerzos, y con un par de prismas polarizadores que le fueron dados por William Nicol, observó los flecos de color que se habían desarrollado dentro de la gelatina. A través de esta práctica descubrió la fotoelasticidad, que es un medio para determinar la distribución del estrés dentro de estructuras físicas.

A los 18 años, Maxwell contribuyó dos artículos para las Transacciones de la Royal Society of Edinburgh. Uno de estos, "On the Equilibrium of Elastic Solids", sentó las bases para un descubrimiento importante más adelante en su vida, que fue la doble refracción temporal producida en líquidos viscosos por esfuerzo cortante. Su otro artículo fue "Rolling Curves" y, al igual que con el artículo "Oval Curves" que había escrito en la Edinburgh Academy, nuevamente fue considerado demasiado joven para estar de pie en la tribuna para presentarlo él mismo. El artículo fue entregado a la Royal Society por su tutor Kelland en su lugar.

Universidad de Cambridge, 1850–1856

En octubre de 1850, ya un matemático consumado, Maxwell dejó Escocia para la Universidad de Cambridge. Inicialmente asistió a Peterhouse, sin embargo antes del final de su primer trimestre se trasladó a Trinity, donde creía que sería más fácil obtener una beca. En Trinity fue elegido para la elite sociedad secreta conocida como los Apóstoles de Cambridge. La comprensión intelectual de Maxwell de su fe cristiana y de la ciencia creció rápidamente durante sus años en Cambridge. Se unió a los "Apóstoles", una sociedad de debate exclusiva de la élite intelectual, donde a través de sus ensayos buscó elaborar esta comprensión.

Ahora mi gran plan, que fue concebido tiempo atrás, ... es no dejar nada intencionalmente sin examinar. Nada es tierra santa consagrada a la Fe Estacionaria, ya sea positiva o negativa. Toda tierra en barbecho debe ser arada y seguir un sistema regular de rotación. ... Nunca ocultes nada, sea maleza o no, ni parezca deseando que se oculte. ... Nuevamente afirmo el Derecho de Allanamiento en cualquier parcela de Tierra Santa que cualquier hombre haya apartado. ... Ahora estoy convencido de que nadie excepto un cristiano puede purgar realmente su tierra de estos lugares sagrados. ... No digo que ningún cristiano haya cerrado lugares de este tipo. Muchos tienen una gran cantidad, y cada uno tiene algunos. Pero hay extensos e importantes tramos en el territorio del Burlador, el Panteísta, el Quietista, Formalista, Dogmatista, Sensualista, y el resto, que están abierta y solemnemente Tabooed. ..."

El cristianismo, es decir, la religión de la Biblia, es el único esquema o forma de creencia que rechaza cualquier posesión bajo tal tenencia. Solo aquí todo es libre. Puedes volar a los confines del mundo y no encontrar ningún Dios excepto el Autor de la Salvación. Puedes buscar en las Escrituras y no encontrar un texto que te detenga en tus exploraciones. ...

El Antiguo Testamento y la Ley Mosaica y el Judaísmo comúnmente se supone que están "Tabooed" por los ortodoxos. Los escépticos pretenden haberlos leído y han encontrado ciertas objeciones ingeniosas ... que demasiados de los ortodoxos sin leer admiten, y cierran el tema como embrujado. Pero una Vela viene para ahuyentar todos los Fantasmas y Espantajos. Sigamos la luz.

La medida en que Maxwell "aró" sus creencias cristianas y las puso a prueba intelectual solo puede ser juzgada incompletamente por sus escritos. Pero hay mucha evidencia, especialmente desde sus días de estudiante de pregrado, de que examinó profundamente su fe. Ciertamente, su conocimiento de la Biblia era notable, por lo que su confianza en las Escrituras no se basaba en la ignorancia.

En el verano de su tercer año, Maxwell pasó algún tiempo en la casa de Suffolk del Rev C.B. Tayler, el tío de un compañero de clase, G.W.H. Tayler. El amor de Dios mostrado por la familia impresionó a Maxwell, particularmente después de que fue enfermero para recuperarse de mala salud por el ministro y su esposa.

A su regreso a Cambridge, Maxwell escribe a su anfitrión reciente una carta alegre y afectuosa que incluye el siguiente testimonio,

... Tengo la capacidad de ser más malvado que cualquier ejemplo que el hombre pueda imponerme, y ... si escapo, es solo por la gracia de Dios ayudándome a librarme de mí mismo, parcialmente en la ciencia, más completamente en la sociedad, —pero no perfectamente excepto comprometiéndome a Dios ...

En noviembre de 1851, Maxwell estudió bajo William Hopkins, cuyo éxito en la nutrición