James Clerk Maxwell

철저한 의식적 무지는 과학의 모든 진정한 진보의 서곡이다.

James Clerk Maxwell는 수리물리학 분야의 스코틀랜드 과학자였다. 그의 가장 주목할 만한 성취는 고전 전자기 방사 이론을 공식화하여 처음으로 전기, 자기, 그리고 빛을 같은 현상의 서로 다른 표현으로 통합한 것이었다. Maxwell의 전자기 방정식은 물리학의 "두 번째 위대한 통합"이라고 불리며, 첫 번째 통합은 Isaac Newton에 의해 이루어졌다.

1865년 "A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field"의 출판으로 Maxwell은 전기장과 자기장이 빛의 속도로 이동하는 파동으로서 공간을 통해 전파된다는 것을 입증했다. 그는 빛이 전기 및 자기 현상의 원인이 되는 동일한 매질의 진동이라고 제안했다. 빛과 전기 현상의 통합은 전파의 존재에 대한 그의 예측으로 이어졌다. Maxwell은 또한 현대 전기공학 분야의 창립자로 여겨진다.

그는 Maxwell–Boltzmann 분포를 개발하는 데 도움을 주었으며, 이는 기체 운동 이론의 여러 측면을 설명하는 통계적 수단이다. 그는 또한 1861년 최초의 내구성 있는 컬러 사진을 제시한 것과 많은 다리에서 볼 수 있는 것과 같은 막대-관절 구조의 강성을 분석하는 데 있어서의 기초적인 작업으로도 알려져 있다.

그의 발견들은 현대물리학의 시대를 열어줬으며, 특수상대성이론과 양자역학 같은 분야의 기초를 마련했다. 많은 물리학자들은 Maxwell을 19세기 과학자 중 20세기 물리학에 가장 큰 영향을 미친 인물로 본다. 그의 과학에 대한 기여는 많은 사람들에 의해 Isaac Newton과 Albert Einstein의 기여와 동등한 규모로 여겨진다. 천년 설문조사—가장 저명한 100명의 물리학자에 대한 조사—에서 Maxwell은 Newton과 Einstein 다음으로만 역사상 세 번째 위대한 물리학자로 선정되었다. Maxwell의 생일 100주년에 Einstein은 Maxwell의 작업을 "Newton 이후로 물리학이 경험한 가장 깊고 가장 유실한 작업"이라고 설명했다. Einstein이 1922년 Cambridge 대학교를 방문했을 때, 그의 주최자는 그가 Newton의 어깨 위에 서 있었기 때문에 위대한 일을 했다고 말했다. Einstein은 이렇게 답변했다: "아니다. 나는 Maxwell의 어깨 위에 서 있다."

생애

초기 생애, 1831–1839

James Clerk Maxwell는 1831년 6월 13일 Edinburgh의 14 India Street에서 Middlebie의 변호사 John Clerk Maxwell과 Robert Hodshon Cay의 딸이자 John Cay의 누이인 Frances Cay 사이에서 태어났다. 그의 출생지는 현재 James Clerk Maxwell 재단에서 운영하는 박물관이 되어 있다. 그의 아버지는 Penicuik의 Clerk 가문의 남작을 소유한 Penicuik의 넉넉한 자산을 가진 사람이었다. 그의 아버지의 형은 6대 남작이었다. 그는 "John Clerk"로 태어났으며, 1793년 영아 시절 Dumfriesshire의 Maxwell 재산인 Middlebie 저택을 상속받은 후 자신의 이름에 Maxwell을 추가했다. James는 그의 아버지의 누이의 딸인 미술가 Jemima Blackburn과 그의 어머니의 형의 아들인 토목기사 William Dyce Cay의 일촌 사촌이었다. Cay와 Maxwell은 친한 친구였으며 Cay는 Maxwell이 결혼했을 때 그의 남자 주인공으로 활동했다.

Maxwell의 부모는 서로 30대 중반 이상의 나이에 만나 결혼했으며, 그의 어머니는 그가 태어났을 때 거의 40세였다. 그들은 이전에 Elizabeth라는 이름의 딸 한 명을 가지고 있었는데, 그녀는 유아기에 사망했다.

Maxwell이 어릴 때 그의 가족은 그의 부모가 1,500에이커(610 헥타르)로 구성된 저택 위에 지은 Kirkcudbrightshire의 Glenlair로 이사했다. 모든 징후는 Maxwell이 어려서부터 타오르는 호기심을 유지했음을 시사한다. 3세 무렵에는 움직이거나 빛났거나 소리를 내는 모든 것이 "그것의 go o'가 뭐야?"라는 질문을 이끌어냈다. 1834년 그의 아버지에서 그의 처형 Jane Cay로 보낸 편지에 추가된 구절에서 그의 어머니는 이러한 선천적 호기심을 설명했다:

그는 매우 행복한 남자이며, 날씨가 온건해진 이후로 많이 개선되었다; 그는 문, 자물쇠, 열쇠 등으로 큰 작업을 하고 있으며 "어떻게 되는지 보여줘"는 그의 입에서 절대 나가지 않는다. 그는 또한 개울과 종 와이어의 숨겨진 경로, 물이 연못을 통해 벽을 통해 어떻게 통과하는지를 조사한다....

교육, 1839–1847

그 소년의 잠재력을 인식한 Maxwell의 어머니 Frances는 그의 초기 교육에 책임을 졌으며, 빅토리아 시대에는 이것이 주로 가정의 여성의 일이었다. 8세에 그는 Milton의 긴 구절들과 119편 시편 전체(176절)를 암송할 수 있었다. 실제로 그의 성경 지식은 이미 상세했으며, 시편의 거의 모든 인용문에 대해 장과 절을 제시할 수 있었다. 그의 어머니는 복부암에 걸렸고, 실패한 수술 후 1839년 12월에 사망했을 때 그는 8살이었다. 그의 교육은 이후 그의 아버지와 그의 아버지의 처형 Jane에 의해 감독되었으며, 둘 다 그의 삶에서 중추적인 역할을 했다. 그의 정규 교육은 16세의 고용된 가정교사의 지도 하에서 성공하지 못했다. Maxwell을 가르치기 위해 고용된 청년에 대해 알려진 바는 거의 없으나, 그는 어린 소년을 가혹하게 대했으며, 느리고 방향이 없다고 꾸짖었다. 가정교사는 1841년 11월에 해고되었다. James의 아버지는 1842년 2월 12일에 그를 Robert Davidson의 전기 추진력과 자기력의 시연에 데려갔으며, 이것은 그 소년에게 깊은 의미가 있었다.

Maxwell은 명망 높은 Edinburgh Academy로 보내졌다. 그는 학기 중에 그의 이모 Isabella의 집에 묵었다. 이 기간 동안 그의 그림 그리기에 대한 열정은 그의 나이 많은 사촌 Jemima에 의해 격려되었다. 그의 아버지의 시골 저택에서 고립되어 자란 10세의 Maxwell은 학교에 잘 어울리지 않았다. 첫 해는 많아서, 그는 자신의 나이보다 1년 많은 반급생들과 함께 2학년에 합류해야 했다. 그의 매너와 Galloway 억양은 다른 소년들에게 시골스러워 보였다. 첫날에 학교에 도착했을 때 수제 신발 한 켤레와 튜닉을 입고 있었기 때문에, 그는 "Daftie"라는 무례한 별명을 얻었다. 그는 그 별명에 대해 결코 화를 내지 않는 것 같았으며, 여러 해 동안 불평 없이 견뎌냈다. Academy에서의 사회적 고립은 그가 Lewis Campbell과 Peter Guthrie Tait를 만났을 때 끝났으며, 두 소년은 나중에 생애에서 저명한 학자가 될 두 비슷한 나이의 소년이었다. 그들은 평생 친구로 남았다.

Maxwell은 어려서부터 기하학에 매료되었으며, 정규 교육을 받기 전에 정다면체를 재발견했다. 그의 2학년에 학교의 성경 전기 상을 수상한 데에도 불구하고, 그의 학업은 13세에 학교의 수학 메달과 영어와 시에서 1등상을 수상할 때까지 주목받지 못했다.

Maxwell의 관심은 학교 교과과정을 훨씬 넘어 뻗었으며 그는 시험 성적에 특별히 주의를 기울이지 않았다. 그는 14세에 첫 번째 과학 논문을 작성했다. 이 논문에서 그는 끈 조각으로 수학 곡선을 그리는 기계적 수단과 타원의 성질, 데카르트 난형곡선, 그리고 2개 이상의 초점을 가진 관련 곡선을 설명했다. 1846년의 작업 "On the description of oval curves and those having a plurality of foci"는 Edinburgh 대학교의 자연철학 교수인 James Forbes에 의해 Royal Society of Edinburgh에 제출되었다. Maxwell은 이 작업을 직접 제시하기에는 너무 어리다고 여겨졌기 때문이다. 이 작업은 완전히 원래 것은 아니었으며, René Descartes도 17세기에 그러한 다중 초점 타원의 성질을 검토했지만, 그는 그들의 구성을 단순화했다.

University of Edinburgh, 1847–1850

Maxwell은 1847년 16세의 나이에 Academy를 떠났고 University of Edinburgh에서 수업을 듣기 시작했다. 그는 University of Cambridge에 다닐 기회가 있었지만, 첫 학기 후 Edinburgh에서 학부 과정 전체를 마칠 것으로 결정했다. 대학교의 학부진은 높이 평가받는 이름들을 포함했다; 그의 1학년 튜터에는 논리와 형이상학을 강의한 Sir William Hamilton, 수학을 강의한 Philip Kelland, 자연철학을 강의한 James Forbes가 포함되었다. 그는 대학의 수업이 까다롭지 않다고 생각했으며, 따라서 대학에서의 여유 시간 동안, 특히 Glenlair의 집에 돌아왔을 때 개인 공부에 몰입할 수 있었다. 거기서 그는 즉흥적인 화학, 전기, 자기 장치로 실험했지만, 그의 주요 관심은 편광된 빛의 성질에 관한 것이었다. 그는 모양의 젤라틴 블록을 구성하여 다양한 스트레스에 노출시켰으며, William Nicol이 준 편광 프리즘 한 쌍으로 젤리 내에서 발생한 색상 줄무늬를 보았다. 이 연습을 통해 그는 광탄성을 발견했으며, 이는 물리적 구조 내의 응력 분포를 결정하는 수단이다.

18세에 Maxwell은 Royal Society of Edinburgh의 Transactions을 위해 두 개의 논문을 기여했다. 이 중 하나인 "On the Equilibrium of Elastic Solids"는 나중에 그의 삶에서 중요한 발견의 기초를 마련했으며, 전단 응력으로 인한 점성액체에서 생성되는 일시적 이중 굴절이었다. 그의 다른 논문은 "Rolling Curves"였으며, 그가 Edinburgh Academy에서 작성한 "Oval Curves" 논문과 마찬가지로, 그는 다시 한 번 그 자신이 직접 연단에 서기에는 너무 어리다고 여겨졌다. 이 논문은 그의 튜터 Kelland에 의해 Royal Society에 전달되었다.

University of Cambridge, 1850–1856

1850년 10월, 이미 숙련된 수학자인 Maxwell은 University of Cambridge를 위해 스코틀랜드를 떠났다. 그는 처음에 Peterhouse에 다녔으나, 첫 학기가 끝나기 전에 Trinity로 옮겼으며, 여기서 그는 펠로우십을 얻기가 더 쉬울 것이라고 생각했다. Trinity에서 그는 Cambridge Apostles로 알려진 엘리트 비밀 사회에 선출되었다. Maxwell의 그의 기독교 신앙과 과학에 대한 지적 이해는 그의 Cambridge 년도 동안 빠르게 증가했다. 그는 지적 엘리트의 배타적 토론 사회인 "Apostles"에 가입했으며, 그의 에세이를 통해 이 이해를 작업하려고 노력했다.

이제 오래 전에 구상된 나의 위대한 계획은... 의도적으로 미검토 상태로 남겨진 것이 아무것도 없도록 하는 것이다. 긍정적이든 부정적이든 고정된 신앙에 헌정된 신성한 땅은 아무것도 아니어야 한다. 모든 휴경지는 쟁기질을 해야 하며 정기적인 순환 체계를 따라야 한다. ... 결코 잡초이든 아니든 무엇이든 숨지 말고, 그것이 숨겨지길 바라는 것처럼 보이지 마라. ... 다시 나는 어떤 남자든 자신을 위해 따로 남겨둔 신성한 땅의 어떤 음모에도 침입할 권리를 주장한다. ... 이제 나는 기독교인만이 실제로 이러한 신성한 반점에서 자신의 땅을 정화할 수 있다고 확신한다. ... 기독교인이 이러한 종류의 장소를 둘러싸지 않았다고 나는 말하지 않는다. 많은 사람들이 많이 가지고 있으며 모든 사람이 일부를 가지고 있다. 그러나 Scoffer, Pantheist, Quietist, Formalist, Dogmatist, Sensualist 등의 영토에는 광범위하고 중요한 지역이 있으며, 이것들은 공개적으로 그리고 엄숙하게 Tabooed 된다. ..."

기독교—즉, 성경의 종교—는 유일한 체계이며 이러한 임차권에서 어떤 소유물도 부인하는 신념의 형태이다. 여기서만 모든 것이 자유롭다. 너는 세상의 끝까지 날아갈 수 있으며 구원의 저자 외에는 신을 찾지 못할 것이다. 너는 성경을 검색할 수 있으며 너의 탐험을 멈추게 할 본문을 찾지 못할 것이다. ...

구약과 Mosaic Law와 Judaism은 일반적으로 정통파에 의해 "Tabooed"되어 있다고 가정된다. 회의론자들은 그것들을 읽었다고 주장하며 특정한 재치있는 이의를 제기했으며... 정통파의 너무 많은 사람들이 읽지 않은 상태에서 인정했으며 그 주제를 유령이 나돈다고 잠그었다. 그러나 양초가 모든 유령과 bugbear를 몰아내기 위해 오고 있다. 빛을 따르자.

Maxwell이 자신의 기독교 신앙을 얼마나 "쟁기질"했으며 지적 시험에 부쳤는지의 범위는 그의 저작에서만 불완전하게 판단할 수 있다. 그러나 특히 그의 학부 시절부터 그가 자신의 신앙을 깊이 검토했다는 충분한 증거가 있다. 확실히 그의 성경 지식은 주목할 만했