James Clerk Maxwell: le grand scientifique ayant un impact profond sur la physique moderne

En dehors des cercles scientifiques, le physicien écossais James Clerk Maxwell (1831-1879) n’est pas très connu, mais son impact sur la physique moderne a été profond. Ses travaux sur les forces électriques et magnétiques ont lancé la théorie de l’électromagnétisme, ouvrant la voie à Albert Einstein pour développer sa théorie de la relativité et notre compréhension moderne de la gravité.,

Les intérêts de Maxwell pour la physique étaient divers. En plus de l’électromagnétisme, il a également eu un impact significatif sur le domaine de la thermodynamique, en utilisant une approche mathématique révolutionnaire. L’une des caractéristiques les plus intrigantes de son travail est son expérience de pensée, connue sous le nom de démon de Maxwell, qui, bien que pas nécessairement démoniaque, a une capacité magique (théorique): briser la deuxième loi de la thermodynamique.

Dans son nouveau livre, le Professeur de Maxwell Duplicité Démon (£16.,99, Icon Book), Brian Clegg explore la vie de James Clerk Maxwell et ses contributions à la physique, entrelacées avec des passages du démon lui-même. Voici un extrait du dernier chapitre du livre, expliquant l’héritage du grand scientifique et son impact sur l’avenir de la physique.

Chapitre 10 – l’héritage

Si vous demandiez à un scientifique vers la fin du XIXe siècle qui – des grands noms de ce siècle – les scientifiques du futur considéreraient comme le principal physicien britannique de l’époque, il aurait sans aucun doute dit Lord Kelvin., Le vieil ami de Maxwell, William Thomson, a été fêté à son époque – une réalité qui s’est reflétée dans son élévation à la Chambre des Lords, le premier scientifique à avoir reçu cet honneur.1 certes, il ne fait aucun doute que Kelvin a fait un travail essentiel en thermodynamique, ainsi que de nombreuses applications pratiques de la science – son nom apparaît sur plus de 70 brevets de l’époque, et comme nous l’avons vu, il a été une figure de proue dans la pose du câble transatlantique.,

C’est Kelvin, pas Maxwell, qui s’est retrouvé aux côtés D’Isaac Newton à L’Abbaye de Westminster, et Kelvin qui a une unité scientifique nommée d’après lui. Peu de temps après la mort de Kelvin en 1907, des statues de lui seront érigées à la fois dans son lieu de naissance de Belfast et dans la ville où il a fait la majorité de son travail, Glasgow. En revanche, Maxwell a été enterré dans un petit cimetière de campagne et il n’y aurait pas de statue de lui dans son Écosse natale pendant plus de 100 ans après sa mort.

la première moitié du xxe siècle, cependant, l’image a été transformée., Bien que les réalisations de Kelvin n’aient pas été rabaissées, elles semblent maintenant beaucoup moins importantes dans le grand schéma des choses. En comparaison, L’appréciation des travaux de Maxwell sur l’électromagnétisme, sa contribution à la mécanique statistique et sa transformation de la façon dont la physique théorique a été entreprise en ont fait beaucoup plus un héros pour les physiciens modernes. Ce n’est pas pour rien Qu’Einstein dit: « il n’y aurait pas de physique moderne sans les équations électromagnétiques de Maxwell; je dois plus à Maxwell qu’à quiconque., »

ceux qui le connaissaient le mieux savaient dès le départ Qu’il y avait quelque chose de spécial chez James Clerk Maxwell., ami depuis l’école, Peter Tait, a écrit de lui dans Nature à la fin d’un résumé de L’œuvre de Maxwell, fournissant un éloge qui résisterait bien aujourd’hui dans sa référence à la résistance au « vain-babillage » et à la pseudo-science:

Je ne peux pas exprimer avec suffisamment de mots l’ampleur de la perte que sa mort précoce a infligée non seulement à ses amis personnels, à L’Université de Cambridge, à tout le monde scientifique, mais aussi, et surtout, à la cause du bon sens, de la vraie science et de la religion elle-même, en ces jours de bien vain-babillage, pseudo-science et matérialisme.,

Il y avait quelque chose de très spécial dans L’étendue de la contribution de Maxwell. Charles Coulson, qui en 1947 a pris la même Chaire que Maxwell avait occupé au King’s College de Londres, a fait remarquer ‘ » il n’y a guère un seul sujet qu’il a abordé et qu’il n’a pas changé presque au-delà de la reconnaissance. »Ce volume de production a été égalé par la perspicacité de Maxwell-sa capacité à développer des modèles et des mathématiques pour modéliser la réalité lorsque cette approche était une nouveauté., Dans une brochure conçue pour célébrer le centenaire de la naissance de Maxwell en 1931, le physicien anglais James Jeans a donné un témoignage frappant de cette force intuitive en décrivant la distribution de Maxwell pour les vitesses des molécules de gaz. Jeans a écrit:

Maxwell, par un train d’arguments qui semble n’avoir aucun rapport avec les molécules, ni même avec la dynamique de leurs mouvements, ni avec la logique, ni même avec le bon sens ordinaire, est parvenu à une formule qui, selon tous les précédents et toutes les règles de la philosophie scientifique, aurait dû être désespérément fausse., En fait, il a ensuite été démontré qu’il était exactement juste-C’était ce pouvoir d’intuition physique profonde, couplé avec une technique mathématique adéquate, mais pas exceptionnelle, qui était à la base de la grandeur de Maxwell.

Il n’est pas rare lorsque vous essayez de donner à Maxwell sa place légitime dans le Panthéon de la physique de le mettre entre parenthèses avec Newton et Einstein (probablement en jetant aussi Faraday). Et bien qu’il ne fait aucun doute qu’une quantité considérable du travail de Newton était concerné par la physique, il est défendable que Newton était beaucoup moins d’un physicien que Maxwell.,

il est intéressant de comparer les catalogues des bibliothèques de Newton et Maxwell. Newton a laissé derrière lui un remarkable2 2,100 livres. Parmi ceux-ci, 109 portaient sur la physique et l’astronomie, 138 sur l’alchimie, 126 sur les mathématiques et 477 sur la théologie.3 en comparaison, plus de la moitié des livres de Maxwell portaient sur la physique. Newton était sans doute un mathématicien appliqué (quand il n’était pas occupé comme alchimiste, théologien ou travaillant à la monnaie). Maxwell, comme Einstein, était sans aucun doute un physicien.,

En regardant en arrière du XXIe siècle, Maxwell apparaît comme inhabituellement peu douillet pour son époque. Quelqu’un loin de l’image stéréotypée du scientifique victorien sans humour. Et nous sommes maintenant également en mesure d’apprécier à quel point ses travaux sur l’électromagnétisme contribueraient à lancer une révolution technologique.,

compte tenu de la fraîcheur de la science de Maxwell, nous pouvons voir dans certains de ses écrits et discours ultérieurs une approche très moderne des questions scientifiques. En 1873, il prononce un discours intitulé « Discourse on molecules » lors de la réunion de la British Association à Bradford, dont une petite partie fait un plongeon idéal dans les propres mots de Maxwell.,

Dans les cieux nous découvrons par leur lumière, et par leur seule lumière, les étoiles si éloignés les uns des autres, qu’aucune chose matérielle peut avoir passé de l’un à l’autre;4 et pourtant, cette lumière, qui est pour nous la seule preuve de l’existence de ces mondes lointains, nous dit aussi que chacun d’eux est constitué de molécules de même nature que ceux que nous trouvons sur la terre. Une molécule d’hydrogène, par exemple, que ce soit dans Sirius ou dans Arcturus, exécute ses vibrations précisément en même temps.,

chaque molécule à travers l’univers porte donc imprimé sur elle le cachet d’un système métrique5 aussi distinctement que le mètre des Archives de Paris, ou la double coudée royale du temple de Karnak.

aucune théorie de l’évolution ne peut être formée pour rendre compte de la similitude des molécules, car l’évolution implique nécessairement un changement continu, et la molécule est incapable de croissance ou de désintégration, de génération ou de destruction.

aucun des processus de la Nature, depuis l’époque où la Nature a commencé, n’a produit la moindre différence dans les propriétés d’une molécule.,

à ce stade, Maxwell s’écarte de la science moderne en supposant que les molécules doivent avoir été fabriquées à partir de quelque chose, étant donné leur nature identique, mais qu’il n’y avait aucun processus qui pourrait le faire pour que « nous puissions appeler naturel ». Nous savons maintenant qu’il existe des processus parfaitement naturels pour l’échange de matière et d’énergie qui peuvent expliquer la création de la matière, mais lorsque Maxwell a écrit, cette science était encore 23 ans dans le futur, avec la théorie spéciale de la relativité D’Einstein. (Et la théorie spéciale n’aurait pas vu le jour sans le travail de Maxwell.,) Malgré tout, jusque-là, et en permettant un certain changement de langage, nous aurions pu tout aussi facilement écouter un Brian Cox ou Neil deGrasse Tyson en expansion dans les merveilles de l’univers Qu’un victorien. La vision de Maxwell était loin des méandres semi-mystiques de la physique antérieure, une faute qui est restée avec elle même lorsque Newton et ses disciples avaient commencé à inclure des mathématiques.

tout au long de ce livre, une partie mineure de la production de Maxwell – le démon – a joué un rôle important., Je voulais que le démon ait son mot à dire parce qu’il reflète si bien la capacité de Maxwell à remettre en question la façon dont ses collègues pensaient les choses, à utiliser de nouvelles approches intéressantes de la modélisation et à incorporer une touche d’humour dans ce qui peut être une science très po-faced. Plus qu’un grand scientifique, Maxwell semble avoir été un homme remarquable, quelqu’un avec qui il doit avoir été un plaisir d’être un ami.

Maxwell et son démon méritent d’être rappelés tant que la science a un impact sur nos vies.,

1 on dit souvent, incidemment, Qu’Isaac Newton a été le premier à être fait chevalier pour sa contribution à la science. J’ai même entendu cette affirmation sur cette source de connaissances inégalée, le programme de quiz télévisé inutile de la BBC. Mais en réalité, Newton a été fait chevalier pour avoir fait du bon travail à la Monnaie royale, où son enthousiasme pour attraper ceux qui ont coupé les bords des pièces de monnaie pour vendre le métal (et pour les avoir pendus, dessinés et écartelés) était légendaire. Un homme après mon propre cœur démoniaque, était Newton.

2 en particulier pour la période où les livres étaient une rareté coûteuse.,

3 que Newton aurait considéré comme une science.

4 curieusement, en disant cela, Maxwell avait tort, mais pour la bonne raison. À l’époque, on pensait que l’univers était beaucoup plus petit que ce que nous savons maintenant – mais il était également considéré comme tellement plus jeune qu’il était supposé qu’il n’y avait pas de temps pour que rien ne passe d’un extrême de l’univers à l’autre. La théorie actuelle du Big Bang corrige cela avec un univers qui s’est développé si rapidement pendant la phase d’inflation qu’au début, les extrêmes de l’univers observable auraient pu encore être en contact physique direct.,

5 par « système métrique » Maxwell n’avait pas l’intention de l’utilisation moderne d’un système à base 10, mais juste un système de mesure.

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