poza kręgami naukowymi szkocki fizyk James Clerk Maxwell (1831-1879) nie jest zbyt dobrze znany, ale jego wpływ na współczesną fizykę był głęboki. Jego prace nad siłami elektrycznymi i magnetycznymi zapoczątkowały teorię elektromagnetyzmu, torując drogę Albertowi Einsteinowi do rozwoju jego teorii względności i nowoczesnego rozumienia grawitacji.,
zainteresowania Maxwella fizyką były zróżnicowane. Oprócz elektromagnetyzmu wywarł również znaczący wpływ na dziedzinę termodynamiki, stosując rewolucyjne podejście matematyczne. Jedną z najbardziej intrygujących cech jego pracy jest eksperyment myślowy, znany jako demon Maxwella, który choć niekoniecznie demoniczny, ma magiczną (teoretyczną) zdolność: łamanie drugiego prawa termodynamiki.
w nowej książce profesor Maxwell ' s Dwulicious Demon (16 zł.,99, Icon Book), Brian Clegg bada życie Jamesa Clerka Maxwella i jego wkład w fizykę, przeplatając się z fragmentami samego demona. Oto wyciąg z ostatniego rozdziału książki, wyjaśniający dziedzictwo wielkiego naukowca i jego wpływ na przyszłość fizyki.
Chapter 10-The legacy
gdyby zapytać naukowca około końca XIX wieku, który – z wielkich nazwisk tego wieku – naukowcy w przyszłości uznaliby za czołowego brytyjskiego fizyka epoki, niewątpliwie powiedziałby Lord Kelvin., Stary przyjaciel Maxwella, William Thomson, został uczczony w jego czasach – rzeczywistość znalazła odzwierciedlenie w jego wyniesieniu do Izby Lordów, jako pierwszego naukowca, który otrzymał ten zaszczyt.1 z pewnością nie ma wątpliwości, że Kelvin wykonał istotne prace w termodynamice, a także pracował nad wieloma praktycznymi zastosowaniami nauki – jego nazwisko pojawia się na ponad 70 patentach tego okresu, a jak widzieliśmy, był czołową postacią w układaniu kabla transatlantyckiego.,
to Kelvin, a nie Maxwell, znalazł się u boku Isaaca Newtona w Opactwie Westminsterskim, a Kelvin ma jednostkę naukową nazwaną jego imieniem. Niedługo po śmierci Kelvina w 1907 r. jego posągi zostały wzniesione zarówno w jego miejscu urodzenia, Belfaście, jak i w mieście, w którym wykonał większość swoich prac, Glasgow. Z kolei Maxwell został pochowany na małym wiejskim cmentarzu i przez ponad 100 lat po jego śmierci nie postawiono jego posągu w jego rodzinnej Szkocji.
w pierwszej połowie XX wieku obraz został jednak przekształcony., Chociaż osiągnięcia Kelvina nie zostały umniejszone, wydają się teraz o wiele mniej znaczące w wielkim układzie rzeczy. Dla porównania, uznanie pracy Maxwella nad elektromagnetyzmem, jego wkład w mechanikę statystyczną i jego transformacja sposobu, w jaki fizyka teoretyczna została podjęta, uczyniły go o wiele bardziej bohaterem dla współczesnych fizyków. Nie bez powodu Einstein mówi: „nie byłoby współczesnej fizyki bez równań elektromagnetycznych Maxwella; zawdzięczam Maxwellowi więcej niż komukolwiek.,”
ci, którzy znali go najlepiej, od samego początku wiedzieli, że w Jamesie Clerku Maxwella jest coś wyjątkowego., przyjaciel Maxwella od czasów szkolnych, Peter Tait, napisał o nim w Nature na końcu podsumowania pracy Maxwella, zapewniając mowę pochwalną, która dziś będzie dobrze przemawiać w odniesieniu do oporu wobec „próżnego bełkotu” i pseudonauki:
nie potrafię właściwie wyrazić słowami, jak wielka strata, jaką jego wczesna śmierć zadała nie tylko jego osobistym przyjaciołom, uniwersytetowi w Cambridge, całemu światowi naukowemu, ale także, a przede wszystkim, na przyczynę zdrowego rozsądku, prawdziwej nauki i samej religii, w tych czasach bardzo próżnych-bełkot, pseudonauka i materializm.,
było coś wyjątkowego w tym, że Maxwell Charles Coulson, który w 1947 roku objął to samo krzesło, które Maxwell piastował w King 's College London, zauważył:” nie ma prawie jednego tematu, którego poruszył, którego nie zmienił niemal nie do poznania.”Ten wolumen produkcji był dopasowany do wglądu Maxwella – jego zdolności do opracowywania modeli i matematyki do modelowania rzeczywistości, gdy to podejście było nowością., W broszurze przygotowanej z okazji setnej rocznicy urodzin Maxwella w 1931 roku angielski fizyk James Jeans dał uderzające świadectwo tej intuicyjnej siły, opisując rozkład Maxwella dla prędkości cząsteczek gazu. Jeans napisał (a):
Maxwell, ciągiem argumentów, który wydaje się nie mieć żadnego związku z cząsteczkami, a nawet z dynamiką ich ruchów, logiką, a nawet ze zwykłym zdrowym rozsądkiem, osiągnął formułę, która według wszystkich precedensów i wszystkich zasad filozofii naukowej, powinna być beznadziejnie błędna., W rzeczywistości okazało się, że to właśnie ta moc głębokiej intuicji fizycznej, w połączeniu z odpowiednią, choć nie wybitną techniką matematyczną, leżała u podstaw wielkości Maxwella.
nie jest niczym niezwykłym, gdy próbuje dać Maxwellowi należne mu miejsce w panteonie fizyki, aby przyrównać go do Newtona i Einsteina (prawdopodobnie dorzucić też Faradaya). I choć nie ma wątpliwości, że znaczna część pracy Newtona dotyczyła fizyki, można przypuszczać, że Newton był znacznie mniej fizykiem niż Maxwell.,
warto porównać katalogi bibliotek Newtona i Maxwella. Newton pozostawił po sobie 2 2100 książek. 109 z nich dotyczyło fizyki i astronomii, 138 alchemii, 126 matematyki i 477 teologii.3 dla porównania, ponad połowa książek Maxwella dotyczyła fizyki. Newton był prawdopodobnie matematykiem stosowanym (gdy nie zajmował się alchemikiem, teologiem ani pracą w Mennicy). Maxwell, podobnie jak Einstein, był niewątpliwie fizykiem.,
patrząc wstecz od dwudziestego pierwszego wieku, Maxwell spotyka się jako niezwykle niepewny jak na swój dzień. Ktoś daleki od stereotypowego wizerunku bez humoru wiktoriańskiego naukowca. Jesteśmy teraz w stanie docenić, jak bardzo jego praca nad elektromagnetyzmem pomogłaby zapoczątkować rewolucję technologiczną.,
biorąc pod uwagę, jak świeża była nauka Maxwella, możemy zobaczyć w niektórych jego późniejszych pismach i rozmowach bardzo nowoczesne podejście do spraw naukowych. W 1873 roku wygłosił przemówienie zatytułowane „Discourse on molecules” na spotkaniu Brytyjskiego Stowarzyszenia w Bradford, którego niewielka część stanowi idealne zanurzenie w słowach Maxwella.,
w niebiosach odkrywamy przez ich światło i tylko przez ich światło, gwiazdy tak odległe od siebie, że żadna rzecz materialna nie mogła przejść z jednej do drugiej;4 A jednak to światło, które jest dla nas jedynym dowodem istnienia tych odległych światów, mówi nam również, że każdy z nich zbudowany jest z cząsteczek tego samego rodzaju, co te, które znajdujemy na ziemi. Cząsteczka wodoru, na przykład, czy to w Syriuszu, czy w Arcturusie, wykonuje swoje wibracje w dokładnie tym samym czasie.,
każda cząsteczka zatem przez wszechświat nosi na sobie pieczęć systemu metrycznego5 równie wyraźnie, jak metrum z archiwów w Paryżu, czy podwójny Łokietek Królewski w świątyni w Karnaku.
żadna teoria ewolucji nie może być utworzona w celu uwzględnienia podobieństwa cząsteczek, ponieważ ewolucja musi oznaczać ciągłą zmianę, a cząsteczka nie jest zdolna do wzrostu lub rozpadu, generacji lub zniszczenia.
żaden z procesów natury, od czasu, kiedy Natura się rozpoczęła, nie wytworzył najmniejszej różnicy we właściwościach jakiejkolwiek cząsteczki.,
w tym momencie Maxwell odchodzi od współczesnej nauki, ponieważ zakłada, że cząsteczki muszą być z czegoś wykonane, biorąc pod uwagę ich identyczną naturę, ale nie było procesu, który mógłby zrobić tak, że „możemy nazwać naturalne”. Teraz wiemy, że istnieją całkowicie naturalne procesy wymiany materii i energii, które mogą tłumaczyć powstanie materii, ale kiedy Maxwell napisał, ta nauka była jeszcze 23 lata w przyszłości, ze szczególną teorią względności Einsteina. (A specjalna teoria nie doszłaby do skutku bez pracy Maxwella.,) Nawet tak, do tego momentu i pozwalając na pewną zmianę języka, mogliśmy równie łatwo słuchać Briana Coxa lub Neila deGrasse Tysona rozszerzającego się w cudach wszechświata, co Wiktorianina. Wizja Maxwella była daleka od pół-mistycznych meandrów wcześniejszej fizyki, błędu, który pozostał przy niej nawet wtedy, gdy Newton i jego zwolennicy zaczęli włączać trochę matematyki.
w całej tej książce znaczącą rolę odegrała niewielka część twórczości Maxwella – demon., Chciałem, aby demon miał swoje zdanie, ponieważ tak dobrze odzwierciedla zdolność Maxwella do kwestionowania sposobu, w jaki jego koledzy myśleli o rzeczach, do korzystania z ciekawych nowych podejść do modelowania i do włączenia odrobiny humoru do tego, co może być bardzo po-face nauki. Maxwell jest kimś więcej niż wielkim naukowcem, ale wydaje się być niezwykłym człowiekiem, kimś, z kim to musiała być przyjemność być przyjacielem.
Maxwell i jego demon zasługują na pamięć tak długo, jak nauka ma wpływ na nasze życie.,
1 Często mówi się, nawiasem mówiąc, że Isaac Newton był pierwszą osobą, która otrzymała tytuł szlachecki za swój wkład w naukę. Słyszałem to nawet na tym niezrównanym źródle wiedzy, bezsensownym programie telewizyjnym BBC. Ale w rzeczywistości, Newton otrzymał tytuł szlachecki za dobrą pracę w Mennicy królewskiej, gdzie jego entuzjazm do łapania tych, którzy obcinali krawędzie monet, aby sprzedać metal (i za powieszenie ich, narysowanie i poćwiartowanie) był legendarny. Człowiekiem po moim demonicznym sercu był Newton.
2 szczególnie w okresie, gdy książki były drogim rzadkością.,
3 które Newton uznałby za naukę.
4 śmiesznie, mówiąc, że Maxwell się mylił, ale z właściwego powodu. W tym czasie uważano, że wszechświat jest znacznie mniejszy, niż teraz wiemy, że jest – ale uważano go również za o wiele młodszy, że założono, że nie ma czasu na nic, aby dostać się z jednego krańca wszechświata do drugiego. Obecna Teoria Wielkiego Wybuchu rozwiązuje to z wszechświatem, który rozszerzył się tak szybko podczas fazy inflacji, że na samym początku skrajności obserwowalnego wszechświata mogły nadal znajdować się w bezpośrednim kontakcie fizycznym.,
5 według „systemu metrycznego” Maxwell nie zamierzał nowoczesnego wykorzystania systemu do bazowania na 10, lecz jedynie system miar.Facebook, Instagram i Flipboard
śledź naukę na Twitterze, Facebooku, Instagramie i Flipboardzie