13 июня родился Джеймс Максвелл – английский физик, создатель классической электродинамики.
Едва ли не каждый помнит имя Джеймса Максвелла, который много раз упоминается в школьном учебнике по физике. Это удивительно, насколько широким было поле научных интересов английского ученого: от теории электромагнитных явлений, кинетической теории газов и оптики до теории упругости и многого другого. Он известен как выдающийся физик, создатель классической электродинамики, один из основателей статистической физики, а также автор представлений о токе смещения и уравнений Максвелла, распределения Максвелла, демона Максвелла и автор принципа цветной фотографии.
Казалось бы, что история фотографии началась с того самого снимка из окна Ньепса. Но вклад в эту научную область внес и физик Максвелл. Его первые научные работы были по физиологии и физике цветного зрения и колориметрии, которые он начал в 1852 году.
В 1861 году Джеймс Максвелл впервые получил цветное изображение. Для этого он спроецировал на экран несколько диапозитивов одновременно: красный, зеленый и синий. В своих экспериментах Максвелл использовал особый волчок, диск которого был разделен на разноцветные секторы (диск Максвелла). При быстром вращении цвета сливались: если диск был закрашен так, как расположены цвета спектра, он казался белым; если одну его половину закрашивали красным, а другую — желтым, он казался оранжевым; смешивание синего и желтого создавало впечатление зеленого. Справедливость трехкомпонентной теории зрения была доказана, а пути создания цветной фотографии открыты.
Из чего состоят кольца Сатурна? На этот вопрос ответ не могли найти со времен Галилея. Но Джеймсу Максвеллу удалось. Он доказал, что кольца Сатурна могут быть устойчивы лишь в том случае, если состоят из не связанных между собой частиц (тел).
Были опубликованы статьи: · «О фарадеевых силовых линиях» (1855), · «О физических силовых линиях» (1861), · «Динамическая теория электромагнитного поля» (1869). Символическим итогом стала двухтомная монография · «Трактат об электричестве и магнетизме» (1873).
Но, когда он только приступил к исследованиям электрических и магнитных явлений, многое уже было известно: законы взаимодействия неподвижных электрических зарядов (закон Кулона) и токов (закон Ампера) установлены, а то, что магнитные взаимодействия есть взаимодействия движущихся электрических зарядов уже доказано. Ученые тогда считали, что взаимодействие передается мгновенно через пустоту (теория дальнодействия). Решительный поворот к теории близкодействия сделал Майкл Фарадей в 30-е гг. XIX в.
Согласно его концепции, электрический заряд создает в окружающем пространстве электрическое поле. И такие поля действуют друг на друга. Поле одного заряда действует на другой, и наоборот. Взаимодействие токов осуществляется посредством магнитного поля. Их распределение в пространстве Фарадей описывал с помощью силовых линий. По его представлению, они похожи на обычные упругие линии в гипотетической среде — мировом эфире.
Такие идеи о реальности процессов в пространстве возле зарядов и токов полностью воспринял Максвелл, который считал, что тело не может действовать там, где его нет. И таким концепциям он придал новую форму, математическую. С введением понятия «поля» законы Кулона и Ампера стали выражаться наиболее полно, глубоко и изящно. А в явлении электромагнитной индукции Максвелл рассмотрел новое свойство полей: переменное магнитное поле порождает в пустом пространстве электрическое поле с замкнутыми силовыми линиями (так называемое вихревое электрическое поле).
Но было и еще одно открытие в части свойств электромагнитного поля. И на этот раз обошлось без экспериментов. Физик высказал догадку о том, что переменное электрическое поле порождает магнитное поле, как и обычный электрический ток (гипотеза о токе смещения). К 1869 году ключевые закономерности поведения электромагнитного поля были окончательно установлены и оформлены в виде системы четырех уравнений.
Уравнения Максвелла — основные уравнения классической макроскопической электродинамики. Они описывают электромагнитные явления в произвольных средах и в вакууме.
Из таких уравнений Максвелла следовал вывод: конечность скорости распространения электромагнитных взаимодействий, которая отличает теорию близкодействия от теории дальнодействия. Скорость оказалась равной скорости света в вакууме: 300000 км/с, на основе чего Максвелл сделал вывод, что свет есть форма электромагнитных волн.
Другой фундаментальный вклад Максвелла в науку - разработка и становление молекулярно-кинетической теории (статистической механики). Ученый первым в мире высказал утверждение о статистическом характере законов природы. А в 1866 году им был открыт первый статистический закон распределения молекул по скоростям, который получил название распределение Максвелла.
Фото на странице и на главной странице сайта: rawpixel.com / Фотобанк Freepik
