James Clerk Maxwell

L'ignoranza consapevole è il preludio di ogni vero progresso nella scienza.

James Clerk Maxwell era uno scienziato scozzese nel campo della fisica matematica. Il suo risultato più notevole è stato formulare la teoria classica della radiazione elettromagnetica, riunendo per la prima volta l'elettricità, il magnetismo e la luce come diverse manifestazioni dello stesso fenomeno. Le equazioni di Maxwell per l'elettromagnetismo sono state chiamate la "seconda grande unificazione della fisica", dove la prima era stata realizzata da Isaac Newton.

Con la pubblicazione di "A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field" nel 1865, Maxwell dimostrò che i campi elettrici e magnetici si propagano nello spazio come onde che si muovono alla velocità della luce. Propose che la luce è un'ondulazione nello stesso mezzo che è la causa dei fenomeni elettrici e magnetici. L'unificazione della luce e dei fenomeni elettrici portò alla sua previsione dell'esistenza delle onde radio. Maxwell è anche considerato uno dei fondatori del moderno campo dell'ingegneria elettrica.

Contribuì allo sviluppo della distribuzione di Maxwell-Boltzmann, un mezzo statistico per descrivere aspetti della teoria cinetica dei gas. È anche noto per aver presentato la prima fotografia a colori durevole nel 1861 e per il suo lavoro fondamentale nell'analisi della rigidità di strutture a traliccio di aste e giunti come quelli di molti ponti.

Le sue scoperte contribuirono a inaugurare l'era della fisica moderna, gettando le fondamenta per campi come la relatività speciale e la meccanica quantistica. Molti fisici considerano Maxwell lo scienziato del XIX secolo che ha avuto la maggiore influenza sulla fisica del XX secolo. I suoi contributi alla scienza sono considerati da molti di pari importanza a quelli di Isaac Newton e Albert Einstein. Nel sondaggio del millennio, un'indagine tra i 100 fisici più eminenti, Maxwell è stato votato come il terzo più grande fisico di tutti i tempi, dietro solo a Newton e Einstein. Nel centenario del compleanno di Maxwell, Einstein descrisse il lavoro di Maxwell come il "più profondo e il più fecondo che la fisica ha sperimentato sin dai tempi di Newton". Einstein, quando visitò l'Università di Cambridge nel 1922, gli fu detto dal suo ospite che aveva fatto grandi cose perché stava sulle spalle di Newton; Einstein rispose: "No, non lo faccio. Sto sulle spalle di Maxwell."

Vita

Primi anni di vita, 1831–1839

James Clerk Maxwell nacque il 13 giugno 1831 al numero 14 di India Street, Edimburgo, da John Clerk Maxwell di Middlebie, un avvocato, e da Frances Cay figlia di Robert Hodshon Cay e sorella di John Cay. Il suo luogo di nascita ospita ora un museo gestito dalla James Clerk Maxwell Foundation. Suo padre era un uomo di buone risorse della famiglia Clerk di Penicuik, detentori del baronato di Clerk di Penicuik. Il fratello di suo padre era il sesto Baronetto. Era nato "John Clerk" e aveva aggiunto Maxwell al suo nome dopo che aveva ereditato da bambino nel 1793 la proprietà di Middlebie, una proprietà Maxwell nel Dumfriesshire. James era il primo cugino sia dell'artista Jemima Blackburn figlia della sorella di suo padre sia dell'ingegnere civile William Dyce Cay figlio del fratello di sua madre. Cay e Maxwell erano amici stretti e Cay ha fatto da testimone quando Maxwell si è sposato.

I genitori di Maxwell si incontrarono e si sposarono quando erano ben oltre i trent'anni; sua madre aveva quasi 40 anni quando lui nacque. Avevano avuto un figlio precedente, una figlia di nome Elizabeth, morta in infanzia.

Quando Maxwell era giovane la sua famiglia si trasferì a Glenlair, nel Kirkcudbrightshire, che i suoi genitori avevano costruito sulla proprietà che comprendeva 1.500 acri (610 ettari). Tutti gli indizi suggeriscono che Maxwell abbia mantenuto una curiosità insaziabile fin da piccolo. All'età di tre anni, tutto ciò che si muoveva, brillava o faceva rumore provocava la domanda: "what's the go o' that?" In un passaggio aggiunto a una lettera di suo padre a sua cognata Jane Cay nel 1834, sua madre descrive questo innato senso di inquisitività:

È un uomo molto felice ed è migliorato molto da quando il tempo è diventato moderato; si interessa molto di porte, serrature, chiavi, ecc., e "mostrami come funziona" non esce mai dalla sua bocca. Indaga anche il corso nascosto dei corsi d'acqua e dei fili dei campanelli, il modo in cui l'acqua arriva dallo stagno attraverso il muro....

Istruzione, 1839–1847

Riconoscendo il potenziale del ragazzo, la madre di Maxwell Frances si assunse la responsabilità della sua educazione iniziale, che nell'era vittoriana era in gran parte compito della donna della casa. A otto anni poteva recitare lunghi passaggi di Milton e l'intero 119º salmo 176 versi. Effettivamente, la sua conoscenza delle Scritture era già dettagliata; poteva fornire capitolo e versetto per quasi ogni citazione dai salmi. Sua madre si ammalò di cancro addominale e, dopo un'operazione non riuscita, morì nel dicembre 1839 quando aveva otto anni. La sua educazione fu quindi supervisionata da suo padre e dalla sorella-in-law di suo padre Jane, entrambi i quali giocarono un ruolo fondamentale nella sua vita. La sua istruzione formale iniziò senza successo sotto la guida di un insegnante privato di 16 anni. Poco si sa del giovane assunto per istruire Maxwell, se non che trattava il ragazzo più giovane duramente, rimproverandolo per essere lento e caparbio. L'insegnante è stato licenziato nel novembre 1841. Il padre di James lo portò alla dimostrazione di Robert Davidson sulla propulsione elettrica e la forza magnetica il 12 febbraio 1842, un'esperienza con implicazioni profonde per il ragazzo.

Maxwell fu inviato alla prestigiosa Edinburgh Academy. Alloggiava durante i periodi scolastici nella casa di sua zia Isabella. Durante questo periodo la sua passione per il disegno è stata incoraggiata da sua cugina maggiore Jemima. Il Maxwell decenne, cresciuto in isolamento nella proprietà di campagna di suo padre, non si adattò bene a scuola. Il primo anno era stato pieno, obbligandolo a unirsi al secondo anno con compagni di classe un anno più grande di lui. Le sue maniere e l'accento della Galloway colpirono gli altri ragazzi come rustici. Arrivato il primo giorno di scuola indossando un paio di scarpe fatte in casa e una tunica, guadagnò l'appellativo scortese di "Daftie". Sembrava non risentire mai dell'epiteto, sopportandolo senza lamentele per molti anni. L'isolamento sociale all'Academy terminò quando incontrò Lewis Campbell e Peter Guthrie Tait, due ragazzi di un'età simile che sarebbero diventati studiosi notevoli in seguito. Rimasero amici per la vita.

Maxwell era affascinato dalla geometria fin da piccolo, riscoprendo i poliedri regolari prima di ricevere qualsiasi istruzione formale. Nonostante abbia vinto il premio di biografia delle Scritture della scuola nel suo secondo anno, il suo lavoro accademico rimase inosservato fino a quando, all'età di 13 anni, vinto la medaglia matematica della scuola e il primo premio sia per l'inglese che per la poesia.

Gli interessi di Maxwell andavano ben oltre il programma scolastico e non prestava particolare attenzione alle prestazioni degli esami. Scrisse il suo primo articolo scientifico all'età di 14 anni. In esso descriveva un mezzo meccanico per tracciare curve matematiche con un pezzo di spago e le proprietà di ellissi, ovali cartesiani e curve correlate con più di due fuochi. L'opera del 1846, "On the description of oval curves and those having a plurality of foci", è stata presentata alla Royal Society of Edinburgh da James Forbes, professore di filosofia naturale presso l'Università di Edimburgo, perché Maxwell era considerato troppo giovane per presentare il lavoro stesso. L'opera non era completamente originale, poiché René Descartes aveva anche esaminato le proprietà di tali ellissi multifocali nel XVII secolo, ma lui aveva semplificato la loro costruzione.

Università di Edimburgo, 1847–1850

Maxwell lasciò l'Academy nel 1847 all'età di 16 anni e iniziò a frequentare lezioni all'Università di Edimburgo. Ebbe l'opportunità di frequentare l'Università di Cambridge, ma decise, dopo il suo primo trimestre, di completare il corso completo dei suoi studi universitari a Edimburgo. Il personale accademico dell'Università includeva alcuni nomi altamente considerati; i suoi insegnanti del primo anno includevano Sir William Hamilton, che gli tenne lezioni su logica e metafisica, Philip Kelland su matematica e James Forbes su filosofia naturale. Non trovò le sue lezioni all'Università impegnative e fu quindi in grado di immergersi nello studio privato durante il tempo libero all'Università e in particolare quando tornava a casa a Glenlair. Lì avrebbe sperimentato con apparecchiature chimiche, elettriche e magnetiche improvvisate, tuttavia i suoi principali interessi riguardavano le proprietà della luce polarizzata. Costruì blocchi modellati di gelatina, li sottopose a vari stress e, con un paio di prismi polarizzatori fornitaigli da William Nicol, osservò le frange colorate che si erano sviluppate all'interno della gelatina. Attraverso questa pratica scoprì la fotoelasticità, che è un mezzo per determinare la distribuzione dello stress all'interno di strutture fisiche.

All'età di 18 anni, Maxwell ha contribuito con due articoli ai Transactions della Royal Society of Edinburgh. Uno di questi, "On the Equilibrium of Elastic Solids", gettò le fondamenta per un'importante scoperta successiva nella sua vita, che era la doppia rifrazione temporanea prodotta nei liquidi viscosi dalla sollecitazione di taglio. Il suo altro articolo era "Rolling Curves" e, proprio come con l'articolo "Oval Curves" che aveva scritto all'Edinburgh Academy, è stato di nuovo considerato troppo giovane per stare al podio e presentarlo lui stesso. L'articolo è stato consegnato alla Royal Society dal suo tutor Kelland.

Università di Cambridge, 1850–1856

Nel ottobre 1850, già un matematico consumato, Maxwell lasciò la Scozia per l'Università di Cambridge. Inizialmente frequentò Peterhouse, tuttavia prima della fine del suo primo trimestre si trasferì a Trinity, dove credeva sarebbe stato più facile ottenere una fellowship. A Trinity è stato eletto alla società segreta d'élite nota come Cambridge Apostles. La comprensione intellettuale di Maxwell della sua fede cristiana e della scienza è cresciuta rapidamente durante i suoi anni a Cambridge. Si unì agli "Apostoli", una società di dibattito esclusiva dell'élite intellettuale, dove attraverso i suoi saggi ha cercato di elaborare questa comprensione.

Ora il mio grande piano, che è stato concepito molto tempo fa, ... è di non lasciare nulla deliberatamente non esaminato. Niente deve essere un terreno sacro consacrato alla Fede Stazionaria, positiva o negativa. Tutti i terreni incolti devono essere arati e un sistema regolare di rotazione deve essere seguito. ... Non nascondere mai nulla, sia esso erbaccia o no, né sembrare di volerlo nascondere. ... Di nuovo asserisco il Diritto di Trespassing su qualsiasi appezzamento di Terreno Sacro che qualsiasi uomo ha messo da parte. ... Ora sono convinto che nessuno tranne un cristiano possa effettivamente purificare la sua terra da questi posti sacri. ... Non dico che nessun cristiano abbia recintato posti di questo tipo. Molti ne hanno un sacco, e ognuno ne ha qualcuno. Ma ci sono vasti e importanti tratti nel territorio dello Schernitore, del Panteista, del Quietista, del Formalista, del Dogmatico, del Sensualista, e il resto, che sono apertamente e solennemente Tabù. ..."

Il cristianesimo, cioè la religione della Bibbia, è l'unico schema o forma di fede che nega qualsiasi possesso su tale base. Qui soltanto tutto è libero. Puoi volare fino alle estremità del mondo e non trovare nessun Dio se non l'Autore della Salvezza. Puoi cercare le Scritture e non trovare un testo che ti fermi nelle tue esplorazioni. ...

L'Antico Testamento e la Legge Mosaica e l'Ebraismo sono comunemente supposti essere "Tabù" dai ortodossi. Gli Scettici fingono di averli letti e hanno trovato certe obiezioni argute ... che troppi degli ortodossi non letti ammettono e chiudono l'argomento come infestato. Ma Una Candela sta arrivando per scacciare tutti i Fantasmi e gli Spauracchi. Seguiamo la luce.

L'estensione in cui Maxwell "arò" le sue convinzioni cristiane e le mise alla prova intellettuale, può essere giudicata solo incompletamente dai suoi scritti. Ma ci sono molte prove, soprattutto dai suoi giorni da studente universitario, che ha effettivamente esaminato profondamente la sua fede. Certamente, la sua conoscenza della Bibbia era straordinaria, quindi la sua fiducia nelle Scritture non era basata sull'ignoranza.

Nell'estate del suo terzo anno, Maxwell ha trascorso un po' di tempo nella casa nel Suffolk del Rev C.B. Tayler, lo zio di un compagno di classe, G.W.H. Tayler. L'amore di Dio mostrato dalla famiglia colpì Maxwell, in particolare dopo che è stato curato dal suo cattivo stato di salute dal ministro e da sua moglie.

Al ritorno a Cambridge, Maxwell scrive al suo recente ospite una lettera affettuosa e chiacchierata che include la seguente testimonianza,

... Ho la capacità di essere più malvagio di qualsiasi esempio che l'uomo potrebbe darmi, e ... se me ne salvo, è solo per la grazia di Dio che mi aiuta a liberarmi di me stesso, parzialmente nella scienza, più completamente nella società, —ma non perfettamente eccetto affidandomi a Dio ...

Nel novembre 1851, Maxwell ha studiato sotto William Hopkins, il cui successo nel coltivare