a Meno che uno è un poeta, un eroe di guerra o una rock star, si tratta di un errore morire giovani., James Clerk Maxwell – a differenza di Isaac Newton e Albert Einstein, i due giganti della fisica con cui si trova-ha commesso quell’errore, morendo nel 1879 all’età di soli 48 anni. I fisici possono avere familiarità con Maxwell, ma la maggior parte dei non scienziati, quando accendono i loro televisori a colori o usano i loro telefoni cellulari, è improbabile che si renda conto che ha reso possibile tale tecnologia. Dopo tutto, nel 1864 ci ha dato “equazioni di Maxwell” – votato dai lettori mondo della fisica come le loro equazioni preferite di tutti i tempi – da cui le onde radio sono stati previsti.,

Supponiamo che Maxwell abbia vissuto un anno oltre il punteggio biblico di tre e dieci. Sarebbe poi stato vivo il 12 dicembre 1901, il giorno in cui Guglielmo Marconi, a St John’s, Terranova, ricevette il primo segnale radio transatlantico da un trasmettitore in Cornovaglia, Regno Unito, progettato dall’ex studente di Maxwell Ambrose Fleming. Oppure considera la relatività: menzionala e tutti pensano a Einstein., Eppure fu Maxwell nel 1877 che introdusse il termine in fisica, e aveva notato ben prima di allora come l’interpretazione dell’induzione elettromagnetica fosse diversa a seconda che si consideri un magnete che si avvicina a un anello di filo o un anello che si avvicina a un magnete. Fu da queste “asimmetrie che non sembrano essere inerenti ai fenomeni” che Einstein iniziò il suo lavoro sulla relatività speciale.

Se non fosse morto così giovane, Maxwell avrebbe quasi certamente sviluppato la relatività speciale un decennio o più prima di Einstein., Inoltre, fu attraverso la lettura dell’articolo di Maxwell “Ether” nella nona edizione dell’Encyclopaedia Britannica che Albert Michelson arrivò a inventare l’interferometro – un nuovo tipo di strumento che lui e Edward Morley usarono nel 1887 per scoprire che la velocità della luce è la stessa in tutte le direzioni.

Quindi quale impressione di Maxwell avresti guadagnato se lo avessi incontrato nel fiore degli anni, come ha fatto un giovane scozzese Donald MacAlister a Cambridge nel 1877?, Sarebbe stato sicuramente affascinato, ma forse anche sorpreso di incontrare – come diceva MacAlister – “un vecchio Scotch laird approfondito in modi e parole”. Come proprietario di una tenuta scozzese di 1800 acri, Maxwell aveva tutte le qualità del miglior tipo di gentiluomo vittoriano: coltivato, premuroso dei suoi inquilini, attivo negli affari locali e anche un esperto nuotatore e cavaliere.,

Pochi avrebbero immaginato che questo “Scotch laird”, così disarmante vecchio stile anche nel 1877, fosse uno scienziato i cui scritti rimangono sorprendentemente vibranti nel 2006 e il più grande fisico matematico dai tempi di Newton. Oltre al suo lavoro sull’elettromagnetismo, Maxwell ha anche contribuito ad altre otto sfere scientifiche: ottica geometrica, teoria cinetica, termodinamica, viscoelasticità, strutture a ponti, teoria del controllo, analisi dimensionale e teoria degli anelli di Saturno. Ha anche lavorato sulla visione a colori, producendo la prima fotografia a colori (vedi box “A colourful tale”).,

Anche se i suoi successi sono un po ‘ oscurati agli occhi del pubblico da quelli di Einstein, i cui successi sono stati segnati da una grande serie di eventi lo scorso anno, è una misura della posizione di Maxwell che il 2006 – il 175 ° anniversario di questa nascita – è stato soprannominato Maxwell Year.

Da Glenlair a Edimburgo

James Clerk Maxwell nacque il 18 giugno 1831 da Frances Cay e John Clerk, un avvocato che era il figlio minore di James Clerk. Gli impiegati erano una delle famiglie più illustri e più ricchi di Edimburgo ed entrambi i genitori di Maxwell erano immersi nella cultura della città., Eppure Maxwell trascorse i primi 10 anni della sua vita in una tenuta di campagna, Glenlair nel sud-ovest della Scozia, che allora era una regione di estremo isolamento, persino illegalità, senza una scuola vicina. Come è successo e perché non ci riferiamo alle equazioni di Clerk ma alle equazioni di Maxwell?

La risposta sta in una lunga faida di sangue tra la famiglia Maxwell e un’altra famiglia scozzese-i Johnstones – che risale al 16 ° secolo. La faida includeva l’esecuzione nel 1613 dell’ottavo Lord Maxwell per l’omicidio del capo dei Johnstones come vendetta per l’uccisione di suo padre., Privo di figli legittimi, Lord Maxwell lasciò in eredità la terra al suo figlio illegittimo, John Maxwell, che fu egli stesso assassinato nel 1639. Il matrimonio di due delle ereditiere di quest’ultimo con membri della famiglia Clerk ha portato, a seguito di complessi accordi legali, nella tenuta Clerk di 7000 acri vicino a Edimburgo che è stata tramandata nel 1798 a George Clerk (zio di James Clerk Maxwell) e il nome Maxwell e la tenuta a John Clerk (padre di Maxwell).

Dopo che i genitori di Maxwell si sono sposati, hanno iniziato a sviluppare la tenuta a Glenlair., Ma senza scuole nelle vicinanze e solo un bambino a cui badare, sua madre raddoppiò come insegnante. La sua morte quando aveva otto anni colpì profondamente Maxwell e, dopo due anni infelici con un tutor privato, fu mandato all’Accademia di Edimburgo, dove il suo strano accento e le scarpe più strane (fatte a mano da suo padre) gli valsero il soprannome di “Dafty”. Maxwell è stato anche coinvolto in un tiro alla fune tra due zie su chi dovrebbe tirarlo su. Nonostante queste battute d’arresto, Maxwell sopravvisse e presto iniziò a godere della meravigliosa cultura di Edimburgo, specialmente dopo che suo padre fece in tempo a venire da Glenlair.,

Il primo articolo scientifico di Maxwell apparve quando aveva solo 14 anni, il che suggerisce che fosse un terrificante prodigio matematico. In realtà, Maxwell era un ragazzo molto intelligente, ma in nessun modo esclusivamente scientifico. Infatti, un suo poema fu pubblicato nell’Edinburgh Courant sei mesi prima del suo primo articolo scientifico. Ha scritto quest’ultimo dopo aver incontrato l’artista decorativo D R Hay, che era alla ricerca di un modo per disegnare ovali. Il 14-year-old Maxwell generalizzato la definizione di un’ellisse ed è riuscito a produrre veri ovali identici a quelli studiati nel 17 ° secolo essere René Descartes., Il padre di Maxwell mostrò il metodo a James David Forbes, un fisico sperimentale dell’Università di Edimburgo, che si rese conto che era corretto. Forbes ha poi presentato il documento per conto di Maxwell in una riunione della Royal Society di Edimburgo – un risultato notevole per qualcuno così giovane.

Student days

Maxwell iniziò i suoi studi all’Università di Edimburgo nel 1847 all’età di 16 anni. Si trasferì a Cambridge nel 1850 per prendere la matematica Tripos, che è durato per tre anni e un termine., Questo insolitamente lunga carriera universitaria, che ha portato dalle diverse età in cui gli studenti in Inghilterra e Scozia poi è andato all’università, dimostrato del tutto vantaggioso per Maxwell. A Edimburgo ha guadagnato una vasta educazione incentrata sulla filosofia, mentre Cambridge gli ha dato una formazione eccellente in matematica applicata e il sistema di esame più estenuante l’ingegno dell’uomo ha ideato. In entrambi, ha incontrato menti di prima classe.,

Oltre a Forbes, che diede a Maxwell la gestione del suo laboratorio e incoraggiò il suo interesse per il colore, Edimburgo vantava Sir William Hamilton, professore di logica e metafisica. (Non deve essere confuso con il matematico irlandese William Rowan Hamilton. Hamilton era un uomo di formidabile apprendimento, un genio nel ravvivare le giovani menti, e che era famoso per i suoi insegnamenti tratti indirettamente da Kant sulla “relatività della conoscenza umana”. Tuttavia, lui e Forbes erano nemici; solo in un posto si incontrarono bene – e questo era nella mente del giovane Maxwell.,

Cambridge, nel frattempo, era la patria di William Hopkins – un grande insegnante che divenne tutore privato di Maxwell – così come la principale autorità mondiale sull’ottica, George Gabriel Stokes. C’era anche William Whewell, il supremo storico e filosofo della scienza che inventò la parola “fisico”. Come ricordò un amico di Cambridge, Maxwell era ” a conoscenza di ogni argomento su cui si rivolgeva la conversazione. Non ho mai incontrato un uomo come lui. Credo che non ci sia un solo argomento su cui non possa parlare, e parlare anche bene, mostrando sempre le informazioni più curiose e fuori strada.,”

Come molti studenti intelligenti, Maxwell ha lavorato sodo fingendo di non farlo. Tuttavia, nel 1854 ha appena perso l’ambita posizione di “senior wrangler” nell’esame di matematica, arrivando secondo a Ej Routh. Due anni dopo Maxwell fu nominato fellow del Trinity College di Cambridge, prima di tornare in Scozia nel 1856 come professore di filosofia naturale al Marischal College di Aberdeen, all’età di soli 25 anni. Fu qui che sposò Katherine Mary Dewar, figlia del preside del college.,

Nel 1860 i due college di Aberdeen – Marischal e King’s – si fusero e Maxwell fu uno dei professori lasciati andare, con una pensione di £40 all’anno. Questa non era una somma enorme in quei giorni, ma aveva un reddito privato di circa £2000 all’anno dalla sua tenuta, quindi non c’era nulla di cui preoccuparsi. Maxwell si trasferì a sud al King’s College di Londra, prima di “ritirarsi” nel 1865 per ingrandire la Glenlair House, scrivere il suo Trattato sull’elettricità e il magnetismo e diventare un esaminatore di Tripos per Cambridge. Nel 1871, tuttavia, è tornato a Cambridge a tempo pieno come il primo professore di fisica sperimentale., Fu qui, con il finanziamento del settimo duca di Devonshire, che creò il Laboratorio Cavendish, che aprì nel 1874. Sotto Jj Thomson, Ernest Rutherford e i loro successori, il Cavendish sarebbe diventato uno dei più grandi centri di ricerca del mondo.

La prima grande unificazione

il 5 gennaio 1865, mentre al Re, Maxwell, ha concluso una lettera al cugino Carlo Cay circa il suo ultimo lavoro scientifico con l’osservazione casuale, “ho anche una carta a galla contenente una teoria elettromagnetica della luce, che, finché io sono convinto del contrario, ritengo sfracelli.,”Il giudizio era corretto. Più che una nuova teoria, questo era un nuovo tipo di teoria che comportava una visione completamente nuova della spiegazione scientifica, unificando come ha fatto tre diversi regni della fisica: elettricità, magnetismo e luce. Questa unificazione delle forze di base della natura è un obiettivo su cui i fisici stanno ancora lavorando oggi.

Prima di Maxwell c’erano stati enormi progressi nell’ottica e nell’elettromagnetismo, ma rimanevano questioni preoccupanti in entrambi i campi., La teoria delle onde della luce, originata da Thomas Young e Augustin Fresnel, fu in un certo senso un meraviglioso successo, portando a una marea di nuove scoperte. Ma in un altro modo è stato un fallimento preoccupante. Esistevano almeno 11 teorie alternative, ognuna delle quali cercava di spiegare Fresnel e altre formule in termini di etere sottostante, ma, come Stokes si dimostrò devastante nel 1862, ognuna di esse era difettosa. Parte del miracolo della teoria di Maxwell era che quasi magicamente spazzava via i problemi con quelle teorie.,

Un problema diverso ostacolò l’elettromagnetismo, che era stato scoperto dal fisico danese Hans Christian Oersted nel 1820. Oersted aveva scoperto che un ago della bussola si avvicinava a un filo che trasportava corrente puntato ad angolo retto rispetto alla direzione della corrente, il che comportava un movimento di torsione che non poteva essere spiegato da nessun’altra forza. Sono emerse due spiegazioni., Ampère ha cercato di reinterpretare la torsione come attrazione di tipo più complesso, mentre Faraday, che aveva dimostrato che il magnetismo, la corrente elettrica e la forza risultante su un corpo agiscono perpendicolarmente l’uno all’altro, ha preso la scoperta di Oersted come un fatto irriducibile nuovo.

Faraday vide le “linee di forza”, che si rivelano spruzzando limature di ferro su un foglio di carta tenuto sopra un magnete, non solo come linee geometriche ma anche, più ardentemente, come linee fisiche piuttosto come elastici allungati con una repulsione laterale in più., Per lui, questi stress fisici potrebbero essere usati per spiegare la forza magnetica. Maxwell sviluppò entrambi gli aspetti del pensiero di Faraday, ideando nel suo secondo articolo nel 1861 un “etere” pieno di minuscoli “vortici molecolari” allineati con le linee di forza. Come minuscole Terre rotanti, ragionò Maxwell, ogni vortice si restringe assialmente e si espande lateralmente, dando solo i modelli di stress che Faraday aveva ipotizzato (vedi immagine “modello meccanico”). Per spiegare come ruotano i vortici, Maxwell ha immaginato “particelle di ruota dentata” più piccole che si intrecciano con i vortici.,

Pur sottolineando che questa idea, in particolare le particelle della ruota dentata, era speculativa e non un vero modello fisico, la vedeva comunque come un modo utile per comprendere l’elettromagnetismo. In un filo, le particelle sono libere di fluire e formare una corrente elettrica. Nello spazio, servono come ruote inattive controrotanti tra i vortici per far girare quelle successive nella stessa direzione. Questo macchinario ha dato il giusto risultato; Maxwell aveva “spiegato” la forza magnetica in termini simili a Faraday.,

Maxwell ha affrontato la forza elettrica – il punto cruciale della sua discussione-dopo aver presentato due documenti sulla forza magnetica per la pubblicazione. La questione chiave era dove risiede l’energia. Teorie precedenti avevano ipotizzato che l’energia si trovava a o su magneti o corpi elettricamente caricati. Nella teoria di Maxwell, tuttavia, l’energia magnetica era nello spazio circostante, o “campo”, come lo chiamava. L’energia era, in altre parole, l’energia cinetica dei vortici.,

Attingendo alle intuizioni di William Thomson (il futuro Lord Kelvin), Maxwell procedette a rendere il suo etere elastico, con la forza elettrica che era il risultato dell’energia potenziale necessaria per distorcere l’etere. Incuriosito dal fatto che un etere elastico dovrebbe trasmettere onde, Maxwell decise di calcolare la velocità alla quale si sarebbero mosse in termini di forze elettriche e magnetiche, facendo i calcoli mentre si trovava a Glenlair.,

Al ritorno a Londra, cercò il rapporto tra forze magnetiche ed elettriche, che era stato determinato sperimentalmente nel 1858 dal fisico tedesco Wilhelm Weber. Weber aveva misurato il rapporto perché ha giocato un importante, ma non ben compreso, parte nella sua teoria di elettromagnetismo. Una velocità è apparso nella sua teoria anche, ma con un diverso valore numerico che non aveva alcun significato fisico evidente., Maxwell inserì il rapporto di forza di Weber nelle sue equazioni e scoprì con suo totale stupore che la velocità eguagliava esattamente la velocità della luce, che era allora nota sperimentalmente con una precisione dell ‘ 1%. Con l’eccitazione manifestata in corsivo, scrisse, ” Difficilmente possiamo evitare l’inferenza che la luce consiste nelle ondulazioni trasversali dello stesso mezzo che è la causa dei fenomeni elettrici e magnetici.”

Dopo aver fatto questa scoperta epocale, Maxwell passò dal suo modello visionario al fatto duro., In un documento che ha una buona pretesa di essere il fondamento di analisi dimensionale, nel 1863 ha dimostrato che il rapporto tra le forze magnetiche ed elettriche contiene infatti una velocità che è uguale alla velocità della luce, c. L’importanza di questo risultato per la fisica è difficile sopravvalutare. Prima di Maxwell, c era solo una velocità tra le tante. Ora era privilegiato, indicando la via da seguire per Einstein e la relatività.

Il vortice-etere di Maxwell iniziò come un tentativo di spiegazione meccanica delle sollecitazioni magnetiche di Faraday. Un’altra persona potrebbe essere stata tentata di migliorarla e perfezionarla., Maxwell vide che non era necessario uno sforzo del genere. Egli aveva ormai assemblato una serie di equazioni relative elettrico e magnetico quantità; egli potrebbe dedurre propagazione delle onde da loro. Invece di spiegare l’elettromagnetismo o la luce, aveva collegato queste due classi apparentemente diverse di fenomeni usando equazioni che assumevano due forme. Il primo, che apparve nel suo documento del 1865 e di nuovo nel suo Trattato, consisteva in otto gruppi di equazioni. Il secondo, nel 1868, contiene le quattro equazioni che ora conosciamo come “equazioni di Maxwell”., Le differenze sono alquanto tecniche: le otto equazioni includono il concetto di “potenziale vettoriale” e la “legge della forza di Lorentz”erroneamente chiamata. (I devoti del rasoio di Ockham dovrebbero notare un’osservazione di Maxwell nel suo Trattato che ” eliminare una quantità che esprime un’idea utile sarebbe una perdita piuttosto che un guadagno in questa fase della nostra indagine”.)

La teoria di Maxwell predisse molti nuovi fenomeni, come la pressione delle radiazioni. Ma la sua conseguenza più notevole – come Maxwell si rese subito conto-era che indicava l’esistenza di uno spettro elettromagnetico., Questo “grande magazzino della natura” potrebbe contenere altre radiazioni di frequenze più alte e più basse, un pensiero che è stato rivendicato nei prossimi 30 anni con la scoperta di onde radio, raggi X e radiazioni gamma. Per quanto riguarda la relatività, Maxwell introdusse la parola di Hamilton, nel modo in cui i fisici ora la comprendono, nel suo piccolo libro Matter and Motion del 1877. Poincaré lesse il lavoro; Einstein lo imparò da Poincaré; e il resto è storia.

Da Saturno ai ghiacciai e ai gas

L’unificazione di Maxwell tra elettricità e magnetismo fu il suo più grande contributo alla fisica., Ma la sua carta più lunga riguardava un argomento completamente diverso: la natura degli anelli di Saturno. In questo documento, che Maxwell ha trascorso quattro anni di lavoro tra il 1856 e il 1860, ha dimostrato che gli anelli di Saturno non sono solidi, liquidi o gassosi, ma consistono invece di un gran numero di particelle indipendenti. Ma perché ha dedicato così tanto tempo a questo particolare argomento?

La risposta è che mentre Maxwell era un gentiluomo, non gli mancava la guida competitiva., Arrivare secondo a Routh nell’esame Tripos del 1854 fu un duro colpo, quindi Maxwell rivolse immediatamente la sua attenzione a un altro prestigioso premio chiamato Smith’s prize, che molti altri secondi wrangler, tra cui Kelvin, avevano vinto. Tuttavia, per la prima volta nei suoi 84 anni di storia, il premio quell’anno è stato diviso, con Routh e Maxwell tra parentesi uguali. Maxwell ha quindi deciso di entrare nel premio Adams di recente istituzione, assegnato una volta ogni tre anni e aperto solo ai laureati di Cambridge.

L’argomento per il premio del 1856 era la struttura e la stabilità degli anelli di Saturno., Maxwell impiegò quattro anni per risolvere il problema, ma la sua dedizione riuscì. Ha vinto il premio Adams ‘ con un saggio che ha causato scalpore ed è stato un fattore forte nel suo diventare un esaminatore Tripos se stesso sei anni più tardi. Inoltre, Maxwell divenne affascinato dal problema della stabilità dinamica in generale. Infatti, nel 1868 decise di indagare sulla stabilità di un “regolatore di velocità” – un dispositivo che controlla la velocità di rotazione di un motore – il suo lavoro su cui fu il primo nell’ormai vasto campo della teoria del controllo.

Poi è arrivata la deliziosa ironia., Maxwell è stato nominato esaminatore del 1877 Adams ‘ prize, il tema era la stabilità dinamica e il vincitore è stato Routh, che ha derivato, in mezzo a molto altro, una condizione di stabilità fondamentale ora noto come il criterio di Routh–Hurwitz.

Maxwell, insieme a Ludwig Boltzmann e Willard Gibbs, creò anche la scienza della meccanica statistica. Il suo lavoro in questo settore iniziò nel 1859, quando lesse un documento molto originale di Rudolf Clausius sulle molecole di gas in collisione., Tuttavia, Maxwell è andato molto oltre, ottenendo prima una legge statistica che regola la distribuzione delle velocità nel gas e quindi determinando molte proprietà dei gas che prima erano impossibili da calcolare. Uno era la viscosità, che ha trovato dovrebbe rimanere costante su una vasta gamma di pressioni. Questo risultato inaspettato è stato confermato da Oskar Meyer e da Maxwell e sua moglie, lei facendo quasi tutto il lavoro sperimentale. In particolare, ha scoperto che la viscosità aumenta quasi linearmente con la temperatura, piuttosto che come la radice quadrata della temperatura come la teoria originale previsto.,

Nel tentativo di capire questo puzzle, Maxwell ha fatto uno dei più spettacolari salti intellettuali della fisica, che lo ha portato dai gas ai ghiacciai e viceversa. Rudolf Clausius, immaginando le molecole come palle da biliardo, aveva ipotizzato che percorressero una certa distanza media, nota come” percorso libero medio”, tra le collisioni. Ma quella foto si è rivelata troppo semplice. In pratica, le forze a più lungo raggio agiscono tra le molecole, tenendo conto delle diverse dipendenze di temperatura. Era necessario un nuovo approccio., Maxwell ha ricordato che Forbes, durante l’arrampicata sulle Alpi, aveva fatto ampie misurazioni dei ghiacciai che mostravano che si muovono come liquidi per lunghi periodi di tempo.

Maxwell afferrò questa idea e introdusse in fisica, ingegneria e glaciologia un nuovo concetto di vasta portata noto come “tempo di rilassamento”: un ghiacciaio si comporta come un solido a volte più breve del tempo di rilassamento, ma come un liquido a tempi più lunghi.

Maxwell ha poi mostrato matematicamente che le molecole in un gas rarefatto che rimbalzano da una parete all’altra agiscono anche come un solido., In altre parole, all’aumentare della pressione, un gas inizia a comportarsi come un fluido e ha un tempo di rilassamento che aumenta con la pressione. Clausius ‘ caratteristica distanza potrebbe quindi essere sostituito da un tempo caratteristico, e Maxwell è stato in grado di sviluppare la teoria su una solida base matematica, che è stato successivamente esteso da Boltzmann.

Presente in tutto, ahimè, era un problema. Nel suo primo articolo su questo argomento, Maxwell aveva dimostrato un teorema pulito che affermava che le energie medie rotazionali e traslazionali delle molecole sono uguali., Quando viene utilizzato per prevedere i riscaldamenti specifici di gas, tuttavia, il teorema ha dato risultati che categoricamente in disaccordo con esperimento. Profondamente allarmato, Maxwell ha detto in una conferenza a Oxford nel 1860 che questa scoperta ” ribalta l’intera teoria”. Anche se questo non era vero, aveva scoperto la prima ripartizione della meccanica classica.

Peggio doveva seguire. Quando Boltzmann estese la teoria, stabilì un principio molto più ampio, l’equipartizione, che si applicava a tutti i modi di movimento, interni ed esterni, delle molecole., Uno studente a Cambridge nel 1870 vividamente ricordato Maxwell dicendo che “Boltzmann ha dimostrato troppo”, spiegando la sua osservazione con l’osservazione che equipartizione si applicherebbe a solidi e liquidi, nonché gas. Solo con l’arrivo della meccanica quantistica l’ansia si trasformò da difficoltà a trionfo.

Il problema dell’equipartizione peggiorò costantemente., In una recensione scritta nel 1877 Maxwell esaminò e demolì ogni evasione avanzata fino a quel momento, concludendo che non rimaneva altro che ammettere “l’ignoranza completamente consapevole che è il preludio di ogni reale progresso nella conoscenza”. La risposta – e nuove domande-arrivò nel 1900 con quantum of action di Planck. Circa 40 anni dopo l’allarmante scoperta di Maxwell del 1860, la previsione del calore specifico dei gas e molto altro è stata spiegata dal fatto che l’energia è quantizzata. A livello atomico e subatomico, l’equipartizione non regge.,

L’eredità di Maxwell

Quando Einstein visitò Cambridge nel 1920, qualcuno osservò: “Hai fatto grandi cose ma stai sulle spalle di Newton.”La sua risposta è stata,” No, io sto sulle spalle di Maxwell.”

Aveva ragione, ma molto altro nella fisica moderna si basa anche su Maxwell. Fu dopo tutto Maxwell che introdusse i metodi che sono alla base non solo delle statistiche di Maxwell-Boltzmann, ma delle statistiche quantomeccaniche di Fermi-Dirac e Bose–Einstein che governano i fotoni e gli elettroni., Fu anche lui, in due discussioni apparentemente innocenti nel 1870, che per primo ha sottolineato quello che ora chiamiamo “effetto farfalla” – il fatto che piccole differenze nelle condizioni iniziali possono produrre enormi effetti finali, il punto di partenza della teoria del caos. In una vena simile, i contributi scientifici di Maxwell hanno avuto effetti drammatici sul futuro corso della fisica, in particolare la ricerca di unificare le forze fondamentali della natura. Purtroppo Maxwell morì di cancro il 5 novembre 1879 e non visse mai per vedere le applicazioni della radio o la demistificazione dell’equipartizione., Ma il potere delle sue intuizioni scientifiche vive.

Un racconto colorato

Pochi sapranno che James Clerk Maxwell ha prodotto la prima fotografia a colori (a sinistra, di un nastro in tartan). Ma Maxwell aveva un interesse per tutta la vita in ottica e visione a colori, a partire dal 1849, quando il fisico dell’Università di Edimburgo David James Forbes filata una parte superiore con tre settori colorati regolabili. Entrambi gli uomini sapevano che rosso, blu e giallo sono colori primari. Tuttavia, nessuna combinazione di questi colori ha prodotto il grigio. (Thomas Young lo sapeva anni prima, ma questo fatto era stato dimenticato.,)

Ciò che era necessario erano rosso, blu e verde. Migliorando Forbes ‘top, Maxwell determinato “equazioni di colore”, che danno misurazioni quantitative della capacità dell’occhio per abbinare i colori reali. Ma poiché le condizioni di luce variano per i diversi osservatori, Maxwell si rese conto che era necessario uno strumento più sofisticato di un top, che lo portò a inventare un’ingegnosa “scatola dei colori”., Con esso, lui e sua moglie eseguirono misurazioni dettagliate delle variazioni del registro di colore attraverso la retina per centinaia di osservatori – un risultato senza eguali fino agli anni venti. Il 17 maggio 1861 Maxwell tenne una conferenza sul colore presso la Royal Institution di Londra, durante la quale proiettò attraverso filtri colorati rossi, verdi e blu tre fotografie di un nastro in tartan scattate attraverso gli stessi filtri. Questa prima fotografia a colori è stata una riproduzione sorprendentemente fedele dell’originale.,rn Anelli (MIT Press)
S G Pennello, C W F Everitt e E Garber (ed) 1986 Maxwell su Molecole e Gas (MIT Press)
C W F Everitt 1975 James Clerk Maxwell: il Fisico e Filosofo Naturale (Scribner)
E Garber, S G Pennello e C W F Everitt (ed) 1995 Maxwell sul Calore e la Meccanica Statistica (Lehigh University Press)
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B Mahon 2004 L’Uomo Che ha Cambiato Tutto: La Vita di James Clerk Maxwell (Wiley)