James Clerk Maxwell: velký vědec s hluboký dopad na moderní fyziku

Mimo vědecké kruhy, Skotský fyzik James Clerk Maxwell (1831-1879) není příliš známý, ale jeho vliv na moderní fyziky byl hluboký. Jeho práce na elektrických a magnetických silách nastartovala teorii elektromagnetismu a připravila cestu Albertu Einsteinovi k rozvoji jeho teorie relativity a našeho moderního chápání gravitace.,

Maxwellovy zájmy ve fyzice byly rozmanité. Stejně jako elektromagnetismus měl také významný dopad na oblast termodynamiky pomocí revolučního matematického přístupu. Jedním z nejzajímavějších rysů jeho práce je jeho myšlenkový experiment, známý jako maxwellův démon, který, i když ne nutně démonické, má magické (teoretická) možnost: porušil druhý zákon termodynamiky.

ve své nové knize Duplicitous Demon profesora Maxwella (£16.,99, icon Book), Brian Clegg zkoumá život Jamese Clerka Maxwella a příspěvky k fyzice, protkané pasážemi samotného démona. Zde je výpis z poslední kapitoly knihy, vysvětlující odkaz velkého vědce a jeho dopad na budoucnost fyziky.

Kapitola 10 – odkazu

Pokud jste se zeptat vědec kolem konce devatenáctého století – století velkých jmen – vědci v budoucnu by na to mohli pohlížet jako přední Britský fyzik éry, on by nepochybně řekl Lord Kelvin., Maxwell je starý přítel William Thomson byl oslavován v jeho den – realitu, která se odráží v jeho povýšení do Sněmovny Lordů, první vědec, který kdy obdržel toto vyznamenání.1 Jistě, není pochyb o tom, že Kelvin udělal zásadní práci v termodynamiky, stejně jako práce na mnoho praktických aplikací vědy – jeho jméno je uvedeno na více než 70 patentů období, a jak jsme viděli, byl vůdčí postava v položení transatlantického kabelu.,

byl to Kelvin, ne Maxwell, který skončil po boku Isaaca Newtona ve Westminsterském opatství a Kelvina, který má po něm pojmenovanou vědeckou jednotku. Nedlouho poté, co Kelvin zemřel v roce 1907, jeho sochy budou postaveny jak v jeho rodišti v Belfastu, tak ve městě, kde vykonal většinu své práce, Glasgow. Naproti tomu Maxwell byl pohřben v malém venkovském hřbitově a po více než 100 letech po jeho smrti by v jeho rodném Skotsku nebyla jeho socha.

v první polovině dvacátého století se však obraz změnil., Zatímco Kelvin úspěchy nebyly snižoval, nyní se zdá, mnohem méně významné ve velkém schématu věcí. Pro srovnání, ocenění Maxwellovy práce na elektromagnetismu, jeho přínos pro statistickou mechaniku a jeho transformace způsobu, jakým byla teoretická fyzika provedena, z něj udělaly mnohem více hrdinu pro moderní fyziky. Není to nic za to, že Einstein říká: „bez Maxwellových elektromagnetických rovnic by neexistovala žádná moderní fyzika; dlužím Maxwellovi víc než komukoli jinému.,“

ti, kteří ho znali nejlépe, si Od počátku uvědomovali, že na Jamesovi Clerkovi Maxwellovi je něco zvláštního., kamarád od školních let, Peter Tait napsal, že ho v Přírodě na konci shrnutí Maxwellovy práce, poskytování velebení, které obstojí i dnes v jeho odkaz na odpor, aby se zbytečně-blábolení a pseudo-vědy:

nemohu dostatečně vyjádřit slovy, rozsah ztrát, které jeho předčasné smrti způsobené nejen na jeho osobní přátelé, na University of Cambridge, na celý vědecký svět, ale také, a především, na příčině zdravý rozum, pravda vědy a náboženství sám, v těchto dnech mnohem marně-blábolení, pseudo-vědy a materialismu.,

na maxwellově šíři příspěvku bylo něco velmi zvláštního. Charles Coulson, který v roce 1947 převzal stejnou židli, kterou Maxwell zastával na King ‚s College London, poznamenal:“ sotva existuje jediné téma, na které se dotkl, na které se nezměnil téměř k nepoznání.“Tento objem výstupu byl přizpůsoben maxwellovu vhledu – jeho schopnost rozvíjet modely a matematiku modelovat realitu, když byl tento přístup novinkou., V brožuře dát dohromady, aby oslavili sté výročí jeho narození v roce 1931, anglický fyzik James Jeans dala pozoruhodné svědectví, aby tento intuitivní síly, když popisuje Maxwellova rozdělení rychlostí molekul plynu. Džíny napsal:

Maxwell, vlakem argument, který, zdá se, nemají žádný vztah vůbec molekul, nebo dokonce k dynamice jejich pohybu, nebo k logice, nebo dokonce obyčejný selský rozum, dosáhl vzorec, který podle všech precedenty a všechna pravidla vědecké filozofie, by měla být beznadějně špatné., Ve skutečnosti, to bylo následně prokázáno, že být přesně to pravé … bylo to moc hluboký fyzikální intuice, spolu s adekvátní, i když ne vynikající matematická technika, která ležela na základě Maxwellovy velikosti.

To není neobvyklé, když se snaží dát Maxwell své právoplatné místo v panteonu fyziky na držáku ho s Newton a Einstein (pravděpodobně házení v Faraday stejně). A ačkoli není pochyb o tom, že značné množství Newtonovy práce se týkalo fyziky, je sporné, že Newton byl mnohem méně fyzikem než Maxwell.,

je zajímavé porovnat katalogy Newtonových a Maxwellových knihoven. Newton po sobě zanechal pozoruhodné2 100 knih. Z nich 109 bylo na fyziku a astronomii, 138 na alchymii, 126 na matematiku a 477 na teologii.3 pro srovnání, více než polovina Maxwellových knih byla o fyzice. Newton byl pravděpodobně aplikovaný matematik (když nebyl obsazen jako alchymista, teolog nebo pracoval v mincovně). Maxwell, stejně jako Einstein, byl nepochybně fyzik.,

při Pohledu zpět od dvacet-první století, Maxwell přichází v celé jako neobvykle unstuffy pro jeho den. Někdo daleko od stereotypního obrazu bez humoru viktoriánského vědce. A nyní jsme také schopni ocenit, jak moc by jeho práce na elektromagnetismu pomohla zahájit technologickou revoluci.,

Vzhledem k tomu, jak čerstvé mnohem Maxwell je věda, můžeme vidět v některých jeho pozdější psaní a mluví velmi moderní přístup k vědecké záležitosti. V roce 1873 přednesl na setkání Britské asociace v Bradfordu projev s názvem „Diskurs o molekulách“, jehož malá část je ideálním ponořením do Maxwellových vlastních slov.,

V nebi zjistíme tím, že jejich světlo, a jejich světlo sám, hvězdy tak daleko od sebe, že žádná hmotná věc nemůže uplynulo od jednoho k druhému;4 a ještě to světlo, které je pro nás jediný důkaz o existenci těchto vzdálených světů, nám také říká, že každý z nich je sestaven z molekul stejného druhu jako ty, které najdeme na zemi. Molekula vodíku, například, ať už v Sirius nebo v Arcturus, provádí své vibrace přesně ve stejnou dobu.,

Každá molekula proto vesmírem nese ohromen na to razítko z metrických system5, jak zřetelně, jak má metr Archivu v Paříži, nebo double královský loket v chrámu Karnak.

Žádná teorie evoluce může být vytvořena na účet pro podobnost molekul, evoluce nutně předpokládá neustálé změny, a molekula je schopna růst, nebo úpadek výroby nebo zničení.

žádný z procesů přírody, od doby, kdy začala Příroda, nevytvořil nejmenší rozdíl ve vlastnostech jakékoli molekuly.,

V tomto bodě, Maxwell odchyluje od moderní vědy, jak on předpokládá, že molekuly byly vyrobeny z něčeho, vzhledem k jejich stejné povahy, ale že to tam bylo žádný proces, který by mohl udělat tak, že můžeme říkat přírodní. Teď víme, že existuje naprosto přirozené procesy pro výměnu hmoty a energie, které může účet pro vytvoření hmoty, ale když Maxwell napsal, tato věda je stále ještě 23 let v budoucnosti, s Einsteinova speciální teorie relativity. (A zvláštní teorie by nevznikla bez Maxwellovy práce.,) I tak jsme do té doby a umožnění nějaké změny jazyka mohli stejně snadno poslouchat Briana Coxe nebo Neila deGrasse Tysona rozšiřujícího se v divech vesmíru jako Viktoriána. Maxwellovy vize byla daleko od polo-mystické meandrující dříve fyziky, chyba, že zůstala s ním, i když Newton a jeho následovníci začali zahrnovat některé matematiky.

v celé této knize hrála významnou roli menší část Maxwellova výstupu – démon., Chtěl jsem, aby démon měl své slovo, protože tak dobře odráží Maxwellovu schopnost napadnout způsob, jakým jeho kolegové přemýšleli o věcech, používat zajímavé nové přístupy k modelování, a začlenit dotek humoru do toho, co může být velmi po-faced věda. Více než velký vědec, zdá se, že Maxwell byl pozoruhodný muž, někdo, s kým muselo být potěšením být přítelem.

Maxwell a jeho démon si zaslouží mít na paměti, pokud věda má dopad na naše životy.,

1 často se mimochodem říká, že Isaac Newton byl první osobou, která byla rytířem za svůj příspěvek k vědě. Dokonce jsem slyšel toto tvrzení o tomto nepřekonatelném zdroji znalostí, nesmyslném televizním kvízovém programu BBC. Ale ve skutečnosti, byl Newton povýšen do šlechtického stavu za dobrou práci v Královské Mincovny, kde jeho nadšení pro lov těch, kteří oříznuté okraje mince prodat kov (a za to, že je pověšen, natažený a čtvrcený) byl legendární. Muž po mém démonickém srdci, byl Newton.

2 zejména pro období, kdy byly knihy drahou raritou.,

3 které by Newton považoval za vědu.

4 vtipně, když řekl, že se Maxwell mýlil, ale ze správného důvodu. V té době, vesmír byl myšlenka být mnohem menší, než nyní víme, že to být-ale to bylo také považováno za mnohem mladší, že se předpokládalo, že není čas na něco dostat z jednoho extrému vesmíru do druhého. Současná Teorie velkého třesku to opravuje vesmírem, který se během inflační fáze tak rychle rozšířil, že právě na začátku mohly být extrémy pozorovatelného vesmíru stále v přímém fyzickém kontaktu.,

5 podle ‚metric system‘ Maxwell neměl v úmyslu moderní využití systému založit 10, ale pouze systém měření.

Postupujte podle Vědy se Zaměřují na Twitter, Facebook, Instagram a Flipboard