James Clerk Maxwell

A ignorância plenamente consciente é o prelúdio para todo avanço real na ciência.

James Clerk Maxwell foi um cientista escocês no campo da física matemática. Sua realização mais notável foi formular a teoria clássica da radiação eletromagnética, reunindo pela primeira vez eletricidade, magnetismo e luz como manifestações diferentes do mesmo fenômeno. As equações de Maxwell para eletromagnetismo foram chamadas de "segunda grande unificação na física", sendo a primeira realizada por Isaac Newton.

Com a publicação de "A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field" em 1865, Maxwell demonstrou que campos elétricos e magnéticos viajam pelo espaço como ondas se movendo à velocidade da luz. Ele propôs que a luz é uma undulação no mesmo meio que é a causa dos fenômenos elétricos e magnéticos. A unificação da luz e dos fenômenos elétricos levou sua previsão da existência de ondas de rádio. Maxwell também é considerado um fundador do campo moderno da engenharia elétrica.

Ele ajudou a desenvolver a distribuição de Maxwell–Boltzmann, um meio estatístico de descrever aspectos da teoria cinética dos gases. Ele também é conhecido por apresentar a primeira fotografia em cores durável em 1861 e por seu trabalho fundamental na análise da rigidez de estruturas de treliças de hastes e articulações como as de muitas pontes.

Suas descobertas ajudaram a inaugurar a era da física moderna, lançando as bases para campos como relatividade especial e mecânica quântica. Muitos físicos consideram Maxwell o cientista do século XIX com maior influência na física do século XX. Suas contribuições para a ciência são consideradas por muitos como tendo a mesma magnitude que as de Isaac Newton e Albert Einstein. Na pesquisa do milênio—uma votação dos 100 físicos mais proeminentes—Maxwell foi votado como o terceiro maior físico de todos os tempos, atrás apenas de Newton e Einstein. No centenário do aniversário de Maxwell, Einstein descreveu o trabalho de Maxwell como o "mais profundo e o mais frutífero que a física experimentou desde a época de Newton". Einstein, quando visitou a Universidade de Cambridge em 1922, foi informado por seu anfitrião que ele havia realizado coisas grandiosas porque estava nos ombros de Newton; Einstein respondeu: "Não, não estou. Eu estou nos ombros de Maxwell."

Vida

Primeiros anos, 1831–1839

James Clerk Maxwell nasceu em 13 de junho de 1831 em 14 India Street, Edinburgh, de John Clerk Maxwell de Middlebie, um advogado, e Frances Cay filha de Robert Hodshon Cay e irmã de John Cay. Seu local de nascimento agora abriga um museu operado pela James Clerk Maxwell Foundation. Seu pai era um homem de meios confortáveis da família Clerk de Penicuik, detentores do baronato de Clerk de Penicuik. O irmão do seu pai era o 6º Baronete. Ele havia nascido "John Clerk", adicionando Maxwell ao seu próprio nome depois de herdar como um bebê em 1793 a propriedade de Middlebie, uma propriedade Maxwell em Dumfriesshire. James era primo de primeiro grau tanto da artista Jemima Blackburn filha da irmã do seu pai quanto do engenheiro civil William Dyce Cay filho do irmão da sua mãe. Cay e Maxwell eram amigos próximos e Cay atuou como seu padrinho quando Maxwell se casou.

Os pais de Maxwell se conheceram e se casaram quando estavam bem na casa dos trinta; sua mãe tinha quase 40 anos quando ele nasceu. Eles haviam tido uma filha anterior, chamada Elizabeth, que morreu na infância.

Quando Maxwell era jovem, sua família se mudou para Glenlair, em Kirkcudbrightshire, que seus pais haviam construído na propriedade que compreendia 1.500 acres 610 ha. Todas as indicações sugerem que Maxwell mantinha uma curiosidade insaciável desde uma idade precoce. Aos três anos de idade, tudo que se movia, brilhava ou fazia barulho despertava a pergunta: "what's the go o' that?" Em uma passagem adicionada a uma carta do seu pai para sua cunhada Jane Cay em 1834, sua mãe descreveu esse senso inato de curiosidade:

Ele é um homem muito feliz e melhorou muito desde que o tempo ficou moderado; ele tem muito trabalho com portas, fechaduras, chaves, etc., e "show me how it doos" nunca sai da sua boca. Ele também investiga o curso oculto de riachos e fios de sino, a maneira como a água chega da lagoa através da parede....

Educação, 1839–1847

Reconhecendo o potencial do menino, a mãe de Maxwell, Frances, assumiu a responsabilidade por sua educação inicial, que na era vitoriana era em grande parte responsabilidade da mulher da casa. Aos oito anos, ele podia recitar longas passagens de Milton e todo o 119º salmo 176 versos. De fato, seu conhecimento das escrituras já era detalhado; ele podia dar capítulo e versículo para quase qualquer citação dos salmos. Sua mãe ficou doente com câncer abdominal e, após uma operação malsucedida, morreu em dezembro de 1839 quando ele tinha oito anos de idade. Sua educação foi então supervisionada por seu pai e pela cunhada do seu pai Jane, ambas desempenhando papéis cruciais em sua vida. Sua educação formal começou sem sucesso sob a orientação de um tutor contratado de 16 anos de idade. Pouco se sabe sobre o jovem contratado para instruir Maxwell, exceto que tratava o menino mais jovem com dureza, repreendendo-o por ser lento e desobediente. O tutor foi dispensado em novembro de 1841. O pai de James o levou à demonstração de Robert Davidson de propulsão elétrica e força magnética em 12 de fevereiro de 1842, uma experiência com implicações profundas para o menino.

Maxwell foi enviado para a prestigiosa Edinburgh Academy. Ele se hospedou durante os períodos letivos na casa de sua tia Isabella. Durante este tempo sua paixão pelo desenho foi encorajada por sua prima mais velha Jemima. O Maxwell de 10 anos, tendo sido criado em isolamento na propriedade rural de seu pai, não se adaptava bem à escola. O primeiro ano foi repleto, obrigando-o a se juntar ao segundo ano com colegas um ano mais velho. Seus modos e sotaque de Galloway pareciam rústicos aos outros meninos. Tendo chegado no seu primeiro dia de escola usando um par de sapatos caseiros e uma túnica, ele ganhou o apelido desagradável de "Daftie". Ele nunca pareceu ressentir o epíteto, suportando-o sem reclamação por muitos anos. O isolamento social na Academy terminou quando ele conheceu Lewis Campbell e Peter Guthrie Tait, dois meninos de idade semelhante que se tornaram estudiosos notáveis mais tarde na vida. Eles permaneceram amigos para toda a vida.

Maxwell foi fascinado por geometria em uma idade precoce, redescubrindo os poliedros regulares antes de receber qualquer instrução formal. Apesar de vencer o prêmio de biografia das escrituras da escola no seu segundo ano, seu trabalho acadêmico permaneceu despercebido até que, aos 13 anos, ele venceu a medalha matemática da escola e primeiro prêmio em inglês e poesia.

Os interesses de Maxwell iam muito além do currículo escolar e ele não dava atenção particular ao desempenho do exame. Ele escreveu seu primeiro trabalho científico aos 14 anos de idade. Nele descreveu um meio mecânico de desenhar curvas matemáticas com um pedaço de corda, e as propriedades de elipses, óvalos cartesianos e curvas relacionadas com mais de dois focos. O trabalho, de 1846, "On the description of oval curves and those having a plurality of foci" foi apresentado à Royal Society of Edinburgh por James Forbes, professor de filosofia natural na Universidade de Edinburgh, porque Maxwell foi considerado muito jovem para apresentar o trabalho ele mesmo. O trabalho não foi totalmente original, já que René Descartes também havia examinado as propriedades de tais elipses multifocais no século XVII, mas ele simplificou sua construção.

University of Edinburgh, 1847–1850

Maxwell deixou a Academy em 1847 aos 16 anos e começou a assistir aulas na Universidade de Edinburgh. Ele teve a oportunidade de frequentar a Universidade de Cambridge, mas decidiu, após seu primeiro trimestre, completar o curso completo de seus estudos de graduação em Edinburgh. O corpo docente da Universidade incluía alguns nomes altamente respeitados; seus tutores do primeiro ano incluíram Sir William Hamilton, que o instruiu em lógica e metafísica, Philip Kelland em matemática, e James Forbes em filosofia natural. Ele não achou suas aulas na Universidade exigentes, e portanto foi capaz de mergulhar em estudo privado durante o tempo livre na Universidade e particularmente quando de volta para casa em Glenlair. Lá ele experimentaria com aparelhos químicos, elétricos e magnéticos improvisados, porém suas principais preocupações diziam respeito às propriedades da luz polarizada. Ele construiu blocos de gelatina moldados, submeteu-os a vários estresses, e com um par de prismas polarizantes dados a ele por William Nicol, visualizou as franjas coloridas que haviam se desenvolvido dentro da gelatina. Por meio dessa prática, ele descobriu a fotoelasticidade, que é um meio de determinar a distribuição de estresse dentro de estruturas físicas.

Aos 18 anos, Maxwell contribuiu com dois artigos para as Transactions of the Royal Society of Edinburgh. Um deles, "On the Equilibrium of Elastic Solids", lançou as bases para uma descoberta importante mais tarde em sua vida, que foi a dupla refração temporária produzida em líquidos viscosos por tensão de cisalhamento. Seu outro artigo foi "Rolling Curves" e, assim como com o artigo "Oval Curves" que ele havia escrito na Edinburgh Academy, novamente foi considerado muito jovem para estar no pódio para apresentá-lo ele mesmo. O artigo foi entregue à Royal Society por seu tutor Kelland.

University of Cambridge, 1850–1856

Em outubro de 1850, já um matemático consumado, Maxwell deixou a Escócia para a Universidade de Cambridge. Ele inicialmente frequentou Peterhouse, porém antes do final de seu primeiro trimestre transferiu para Trinity, onde acreditava que seria mais fácil obter uma bolsa. Em Trinity, foi eleito para a sociedade secreta de elite conhecida como Cambridge Apostles. A compreensão intelectual de Maxwell de sua fé cristã e da ciência cresceu rapidamente durante seus anos em Cambridge. Ele se juntou aos "Apostles", uma sociedade de debate exclusiva da elite intelectual, onde através de seus ensaios procurou trabalhar essa compreensão.

Agora meu grande plano, que foi concebido há muito tempo, ... é deixar que nada seja propositalmente deixado sem ser examinado. Nada é ser um terreno sagrado consagrado à Fé Estacionária, seja positiva ou negativa. Toda terra em pousio é ser arada e um sistema regular de rotação será seguido. ... Nunca esconda nada, seja erva daninha ou não, nem pareça desejar que isso fique oculto. ... Novamente afirmo o Direito de Invasão em qualquer lote de Terreno Sagrado que qualquer homem tenha separado. ... Agora estou convencido de que ninguém além de um cristão pode realmente purgar sua terra desses lugares sagrados. ... Não digo que nenhum cristão tenha cercado lugares desse tipo. Muitos têm uma grande quantidade, e todo mundo tem alguns. Mas há extensos e importantes trechos no território do Zombador, do Panteísta, do Quietista, Formalista, Dogmatista, Sensualista, e o resto, que são abertamente e solenemente Tabuados. ..."

Cristianismo—isto é, a religião da Bíblia—é o único esquema ou forma de crença que nega qualquer posse nessa posse. Aqui tudo é livre. Você pode voar para os fins do mundo e não encontrar nenhum Deus além do Autor da Salvação. Você pode pesquisar as Escrituras e não encontrar um texto para pará-lo em suas explorações. ...

O Antigo Testamento e a Lei de Moisés e Judaísmo são comumente supostos serem "Tabuados" pelos ortodoxos. Céticos fingem tê-los lido e encontraram certas objeções engenhosas ... que muitos dos ortodoxos não lidos admitem, e fecham o assunto como assombrado. Mas uma Vela está vindo para expulsar todos os Fantasmas e Monstros. Vamos seguir a luz.

A extensão em que Maxwell "arou" suas crenças cristãs e as submeteu ao teste intelectual só pode ser julgada incompletamente a partir de seus escritos. Mas há muitas evidências, especialmente de seus dias de graduação, de que ele examinou profundamente sua fé. Certamente, seu conhecimento da Bíblia era notável, então sua confiança nas Escrituras não era baseada em ignorância.

No verão de seu terceiro ano, Maxwell passou algum tempo na casa em Suffolk do Rev C.B. Tayler, tio de um colega de aula, G.W.H. Tayler. O amor de Deus demonstrado pela família impressionou Maxwell, particularmente depois que ele foi cuidado na sua recuperação de má saúde pelo ministro e sua esposa.

Ao retornar a Cambridge, Maxwell escreve para seu anfitrião recente uma carta amigável e afetuosa incluindo o seguinte testemunho,

... Tenho a capacidade de ser mais perverso do que qualquer exemplo que o homem poderia me dar, e ... se eu escapo, é apenas pela graça de Deus me ajudando a me livrar de mim mesmo, parcialmente na ciência, mais completamente na sociedade, —mas não perfeitamente exceto me entregando a Deus ...

Em novembro de 1851, Maxwell estudou sob William Hopkins, cujo sucesso em nutri