James Clerk Maxwell: der große Wissenschaftler mit einer tiefgreifenden Einfluss auf die moderne Physik

In seinem neuen Buch Professor Maxwells Duplicitous Demon (£16.,99, Icon Book), untersucht Brian Clegg James Clerk Maxwells Leben und Beiträge zur Physik, verwoben mit Passagen aus dem Dämon selbst. Hier ist ein Auszug aus dem letzten Kapitel des Buches, erklärt das Vermächtnis der große Wissenschaftler und seine Auswirkungen auf die Zukunft der Physik.

Kapitel 10-Das Vermächtnis

Wenn Sie einen Wissenschaftler um das Ende des neunzehnten Jahrhunderts fragen würden, wer – von den großen Namen dieses Jahrhunderts – Wissenschaftler in der Zukunft als der führende britische Physiker der Ära betrachten würde, hätte er zweifellos Lord Kelvin gesagt., Maxwells alter Freund William Thomson wurde zu seiner Zeit gefasst – eine Realität, die sich in seiner Erhebung zum House of Lords widerspiegelte, dem ersten Wissenschaftler, der diese Ehre jemals erhalten hatte.1 Sicherlich besteht kein Zweifel, dass Kelvin wesentliche Arbeiten in der Thermodynamik sowie an vielen praktischen Anwendungen der Wissenschaft geleistet hat – sein Name steht auf über 70 Patenten dieser Zeit, und wie wir gesehen haben, war er eine führende Figur bei der Verlegung des Transatlantikkabels.,

Es war Kelvin, nicht Maxwell, der neben Isaac Newton in der Westminster Abbey landete, und Kelvin, der eine nach ihm benannte wissenschaftliche Einheit hat. Nicht lange nachdem Kelvin 1907 gestorben war, wurden Statuen von ihm sowohl in seinem Geburtsort Belfast als auch in der Stadt, in der er den größten Teil seiner Arbeit verrichtete, Glasgow, errichtet. Im Gegensatz dazu wurde Maxwell auf einem kleinen Friedhof begraben und es würde keine Statue von ihm in seiner Heimat Schottland für mehr als 100 Jahre nach seinem Tod aufstellen.

In der ersten Hälfte des zwanzigsten Jahrhunderts wurde das Bild jedoch transformiert., Während Kelvins Leistungen nicht herabgesetzt wurden, scheinen sie jetzt im großen Schema der Dinge viel weniger bedeutsam zu sein. Im Vergleich dazu haben ihn die Wertschätzung von Maxwells Arbeit am Elektromagnetismus, sein Beitrag zur statistischen Mechanik und seine Transformation der Art und Weise, wie die theoretische Physik durchgeführt wurde, für moderne Physiker weitaus mehr zum Helden gemacht. Nicht umsonst wird Einstein mit den Worten zitiert: „Ohne Maxwells elektromagnetische Gleichungen gäbe es keine moderne Physik; Ich schulde Maxwell mehr als jedem anderen.,“

Diejenigen, die ihn am besten kannten, wussten von Anfang an, dass James Clerk Maxwell etwas Besonderes war., Peter Tait, Freund seit Schultagen, schrieb von ihm in der Natur am Ende einer Zusammenfassung von Maxwells Werk und lieferte eine Laudatio, die heute in ihrer Bezugnahme auf den Widerstand gegen „vergebliches Plappern“ und Pseudowissenschaft gut stehen würde:

Ich kann das Ausmaß des Verlustes, den sein früher Tod nicht nur seinen persönlichen Freunden, der Universität Cambridge, der gesamten wissenschaftlichen Welt, sondern auch und vor allem der Ursache des gesunden Menschenverstandes, der wahren Wissenschaft und der Religion selbst in diesen Tagen zugefügt hat, nicht angemessen ausdrücken.von viel Eitel-Plappern, Pseudowissenschaft und Materialismus.,

Es war etwas ganz Besonderes an Maxwells Breite des Beitrags. Charles Coulson, der 1947 denselben Stuhl übernahm, den Maxwell am King ‘s College London innehatte, bemerkte: „Es gibt kaum ein einziges Thema, das er angesprochen hat und das er fast bis zur Unkenntlichkeit nicht geändert hat.“Dieses Produktionsvolumen wurde durch Maxwells Einsicht – seine Fähigkeit, Modelle und Mathematik zu entwickeln, um die Realität zu modellieren, wenn dieser Ansatz eine Neuheit war-erreicht., In einer Broschüre, die anlässlich des hundertsten Geburtstages von Maxwell im Jahr 1931 zusammengestellt wurde, gab der englische Physiker James Jeans bei der Beschreibung von Maxwells Verteilung für die Geschwindigkeiten von Gasmolekülen eindrucksvolles Zeugnis von dieser intuitiven Kraft. Jeans schrieb:

Maxwell, durch einen Argumentationszug, der keinerlei Beziehung zu Molekülen oder sogar zur Dynamik ihrer Bewegungen, zur Logik oder sogar zum gewöhnlichen gesunden Menschenverstand zu haben scheint, erreichte eine Formel, die nach allen Präzedenzfällen und allen Regeln der wissenschaftlichen Philosophie hoffnungslos falsch gewesen sein sollte., Tatsächlich wurde später gezeigt, dass es genau richtig war … es war diese Kraft tiefer physischer Intuition, gepaart mit einer angemessenen, wenn auch nicht herausragenden mathematischen Technik, die Maxwells Größe zugrunde lag.

Es ist nicht ungewöhnlich, Maxwell seinen rechtmäßigen Platz im Pantheon der Physik zu geben, um ihn mit Newton und Einstein zu verbinden (wahrscheinlich auch Faraday). Und obwohl es keinen Zweifel gibt, dass ein beträchtlicher Teil von Newtons Arbeit sich mit der Physik beschäftigte, ist es wohl, dass Newton weit weniger ein Physiker als Maxwell war.,

Es ist interessant, die Kataloge von Newtons und Maxwells Bibliotheken zu vergleichen. Newton hinterließ ein bemerkenswertes Buch. Von diesen 109 befassten sich mit Physik und Astronomie, 138 mit Alchemie, 126 mit Mathematik und 477 mit Theologie.3 Im Vergleich dazu befasste sich über die Hälfte von Maxwells Büchern mit Physik. Newton war wohl ein angewandter Mathematiker (als er nicht als Alchemist, Theologe oder in der Münzstätte tätig war). Maxwell war wie Einstein zweifellos ein Physiker.,

Im Rückblick auf das 21. Jemand, der weit von dem stereotypen Bild des humorlosen viktorianischen Wissenschaftlers entfernt ist. Und wir sind jetzt auch in der Lage zu schätzen, wie sehr seine Arbeit am Elektromagnetismus dazu beitragen würde, eine technologische Revolution zu starten.,

Wenn man bedenkt, wie frisch viel von Maxwells Wissenschaft war, können wir in einigen seiner späteren Schriften und Reden einen sehr modernen Ansatz für wissenschaftliche Angelegenheiten sehen. 1873 hielt er auf dem Treffen der British Association in Bradford eine Rede mit dem Titel „Discourse on molecules“, von der ein kleiner Teil in Maxwells eigene Worte eintaucht.,

In den Himmeln entdecken wir durch ihr Licht und allein durch ihr Licht Sterne, die so weit voneinander entfernt sind, dass kein materielles Ding von einem zum anderen übergehen kann;4 und doch sagt uns dieses Licht, das für uns der einzige Beweis für die Existenz dieser fernen Welten ist, auch, dass jedes von ihnen aus Molekülen derselben Art aufgebaut ist wie die, die wir auf der Erde finden. Ein Molekül Wasserstoff, zum Beispiel, ob in Sirius oder in Arcturus, führt seine Schwingungen genau zur gleichen Zeit aus.,

Jedes Molekül, das sich also durch das Universum bewegt, trägt auf ihm den Stempel eines metrischen Systems, so deutlich wie der Meter des Archivs in Paris oder die doppelte Königsscheibe im Tempel von Karnak.

Es kann keine Evolutionstheorie gebildet werden, um die Ähnlichkeit von Molekülen zu erklären, denn Evolution impliziert notwendigerweise eine kontinuierliche Veränderung, und das Molekül ist unfähig zu Wachstum oder Zerfall, zu Erzeugung oder Zerstörung.

Keiner der Prozesse der Natur seit Beginn der Natur hat den geringsten Unterschied in den Eigenschaften eines Moleküls hervorgerufen.,

An dieser Stelle weicht Maxwell von der modernen Wissenschaft ab, da er davon ausgeht, dass Moleküle aufgrund ihrer identischen Natur aus etwas hergestellt worden sein müssen, aber dass es keinen Prozess gab, der dies tun könnte „wir können natürlich nennen“. Wir wissen jetzt, dass es vollkommen natürliche Prozesse für den Austausch von Materie und Energie gibt, die die Entstehung von Materie erklären können, aber als Maxwell schrieb, war diese Wissenschaft noch 23 Jahre in der Zukunft, mit Einsteins spezieller Relativitätstheorie. (Und die spezielle Theorie wäre ohne Maxwells Arbeit nicht zustande gekommen.,) Bis zu diesem Punkt und unter Berücksichtigung einiger Sprachänderungen hätten wir genauso leicht einem Brian Cox oder Neil deGrasse Tyson zuhören können, der sich in den Wundern des Universums ausdehnt, wie einem Viktorianer. Maxwells Vision war weit entfernt von der halbmystischen Mäanderung früherer Physik, ein Fehler, der auch dann bei ihm blieb, als Newton und seine Anhänger begonnen hatten, etwas Mathematik einzubeziehen.

In diesem Buch hat ein kleiner Teil von Maxwells Ausgabe – der Dämon – eine bedeutende Rolle gespielt., Ich wollte, dass der Dämon zu Wort kommt, weil er Maxwells Fähigkeit so gut widerspiegelt, die Art und Weise in Frage zu stellen, wie seine Kollegen über Dinge nachgedacht haben, interessante neue Ansätze für die Modellierung zu verwenden und einen Hauch von Humor in eine sehr Po-faced Wissenschaft zu integrieren. Mehr als ein großer Wissenschaftler, Maxwell scheint ein bemerkenswerter Mann gewesen zu sein, jemand, mit dem es eine Freude gewesen sein muss, ein Freund zu sein.

Maxwell und sein Dämon verdienen es, in Erinnerung zu bleiben, solange die Wissenschaft einen Einfluss auf unser Leben hat.,

1 Es wird übrigens oft gesagt, dass Isaac Newton die erste Person war, die für seinen Beitrag zur Wissenschaft zum Ritter geschlagen wurde. Ich habe sogar gehört, dass dies auf dieser unerreichten Wissensquelle behauptet wird, der sinnlosen TV-Quizsendung der BBC. Aber in Wirklichkeit wurde Newton zum Ritter geschlagen, weil er gute Arbeit in der Royal Mint geleistet hatte, wo seine Begeisterung, diejenigen zu fangen, die die Ränder von Münzen abgeschnitten hatten, um das Metall zu verkaufen (und sie hängen, zeichnen und vierteln zu lassen), legendär war. Ein Mann nach meinem eigenen dämonischen Herzen, war Newton.

2 Besonders für die Zeit, als Bücher eine teure Seltenheit waren.,

3 Was Newton für eine Wissenschaft gehalten hätte.

4 Lustigerweise war Maxwell falsch, wenn er sagte, dass dies falsch war, aber aus dem richtigen Grund. Zu dieser Zeit wurde angenommen, dass das Universum viel kleiner ist, als wir es jetzt kennen – aber es wurde auch als so viel jünger angesehen, dass angenommen wurde, dass es keine Zeit gab, von einem Extrem des Universums zum anderen zu gelangen. Die aktuelle Urknalltheorie behebt dies mit einem Universum, das sich während der Inflationsphase so schnell ausdehnte, dass gleich zu Beginn die Extreme des beobachtbaren Universums noch in direktem physischen Kontakt gewesen sein könnten.,

5 Durch „Metrische system“ Maxwell haben nicht die Absicht, die modernen Sprachgebrauch, ein system zur Basis 10, aber nur ein system der Messung.

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