Джеймс Клерк Максвелл – один из самых выдающихся теоретиков XIX столетия. Он прожил всего 48 лет, но сделал столько открытий, что их хватило бы на несколько жизней. Как он всё это успел? Может быть, дело в распорядке дня? Ещё когда Джеймс учился в Кембридже, он удивлял своих товарищей своим расписанием: ложился спать в пять часов вечера, вставал в половине десятого (тоже вечера), потом до двух ночи читал, потом полчаса бегал по коридорам общежития в качестве зарядки, затем опять спал, в семь утра вставал и до пяти вечера работал. А еще он писал стихи и занимался «котоверчением» – экспериментально определял минимальную высоту, упав с которой, кошка встаёт на четыре лапы. Занятие сие вошло в кембриджский фольклор.

Хотя Джеймса Максвелла принято называть английским ученым, родился он 13 июня 1831 года в Эдинбурге (Шотландия). Вскоре после рождения семья его переехала из Эдинбурга в фамильное имение Миддлби в Южной Шотландии. Имение было довольно заброшенным, поэтому построили новый дом. И даже дали ему имя – Гленлэр, что означает «берлога в узкой лощине». В этой «берлоге» Максвелл предпочитал жить в течение всей жизни, при малейшей возможности. Джеймс Максвелл в 1841 году переехал к своей тетке в Эдинбург, там как раз открылась новая академия. Основной упор в школе делался на классическое образование: языки (латинский и греческий), римскую литературу, Священное писание, но Джеймса Максвелла, хотя он и в них преуспел, больше интересовала математика, особенно геометрия. В школе в возрасте 14 лет Максвелл выполнил свою первую научную работу – придумал простой способ вычерчивания овальных фигур. Работа эта даже была продемонстрирована на заседании Эдинбургского Королевского общества.

После окончания школы Джеймс Максвелл окончил сначала Эдинбургский университет (1847–1850), а затем (в 1854 году) и знаменитый Кембридж. В 1855 году Максвелл стал членом совета Тринити-колледжа, в 1856–1860 годах был профессором Маришал-колледжа Абердинского университета, с 1860 по 1865 год возглавлял кафедру физики и астрономии в Кингз-колледже Лондонского университета, а в 1871 году в Кембриджском университете занял кафедру экспериментальной физики. После окончания Кембриджа Джеймс Максвелл стал заниматься разными экспериментами по теории цветов. Он использовал особый волчок, диск которого был разделен на секторы, окрашенные в разные цвета (диск Максвелла). При быстром вращении волчка цвета сливались: если диск был закрашен так, как расположены цвета спектра, он казался белым; если одну его половину закрашивали красным, а другую – жёлтым, он казался оранжевым; смешивание синего и жёлтого создавало впечатление зелёного.

В 1860 году за работы по восприятию цвета и оптике Максвелл был награжден медалью Румфорда. Более того, Максвеллу удалось даже получить первую в мире цветную фотографию. Правда, это произошло чуть позже – в 1861 году. И в некотором роде случайно. Вместе с фотографом Томасом Саттоном было получено три негатива цветной ленты на стекле, покрытом фотографической эмульсией. Негативы были сняты через зелёный, красный и синий фильтры (растворы солей различных металлов). Освещая затем негативы через те же фильтры, удалось получить цветное изображение. Через сто лет специалисты доказали, это было невозможно и изображение появилось в результате смешения совсем иных цветов, но сам принцип был верен.

Затем Максвелл занялся кинетической теорией газов. Вернее, заниматься ею он начал много раньше, в 1859 году выступил на заседании Британской ассоциации с докладом, в котором привел распределение молекул по скоростям (Максвелловское распределение). Джеймс Максвелл исходил из представления о газе как об ансамбле множества идеально упругих шариков, хаотически движущихся в замкнутом пространстве. Шарики (молекулы) можно разделить на группы по скоростям, при этом в стационарном состоянии число молекул в каждой группе остается постоянным, хотя они могут выходить из групп и входить в них. Из такого рассмотрения следовало, что «частицы распределяются по скоростям по такому же закону, по какому распределяются ошибки наблюдений в теории метода наименьших квадратов, т. е. в соответствии со статистикой Гаусса». То есть он теоретически обосновал открытые экспериментально явления. В 1867 году изобретатель показал статистическую природу второго начала термодинамики, нашел интересный парадокс, который с чьей-то лёгкой руки стал называться «Демон Максвелла».

Самой выдающейся работой Максвелла стала разработка теории электромагнитного поля. Когда изобретатель приступил к исследованиям электричества и магнетизма, существовали две точки зрения на их природу. Некоторые ученые (в частности, Ампер) придерживались концепции дальнодействия, рассматривая электромагнитные силы как аналог гравитационного притяжения между двумя массами. Фарадей был приверженцем идеи силовых линий, которые соединяют положительный и отрицательный электрические заряды или северный и южный полюсы магнита. Максвелл придерживался точки зрения Фарадея и выразил известные тогда соотношения электродинамики на математическом языке, соответствующем механическим моделям Фарадея.

Теорию электромагнитного поля он сформулировал в виде системы уравнений (уравнения Максвелла), описывающих основные закономерности электромагнитных явлений: 1-е уравнение выражало электромагнитную индукцию Фарадея; 2-е – магнитоэлектрическую индукцию, открытую Максвеллом и основанную на представлениях о токах смещения; 3-е – закон сохранения количества электричества; 4-е – вихревой характер магнитного поля. Продолжая развивать эти идеи, Максвелл пришёл к выводу, что любые изменения электрического и магнитного полей должны вызывать изменения в силовых линиях, пронизывающих окружающее пространство, т. е. должны существовать импульсы (или волны), распространяющиеся в среде. Джеймс Максвелл обосновал волновую природу света: свет – это электромагнитное возмущение, распространяющееся в непроводящей среде (разновидность электромагнитных волн). И сразу сообщил Фарадею о своем открытии. А итогом работ в этом направлении стал его знаменитый «Трактат об электричестве и магнетизме» (1873).

Сейчас максвелловская теория электромагнитного поля – классика. Альберт Эйнштейн писал: «…тут произошёл великий перелом, который навсегда связан с именами Фарадея, Максвелла, Герца. Львиная доля в этой революции принадлежит Максвеллу… После Максвелла физическая реальность мыслилась в виде непрерывных, не поддающихся механическому объяснению полей… Это изменение понятия реальности является наиболее глубоким и плодотворным из тех, которые испытала физика со времен Ньютона».

Первые симптомы болезни появились у Максвелла ещё в начале 1877 года. Постепенно у него затруднялось дыхание, стало трудно проглатывать пищу, появились боли. Он был вынужден бросить преподавание и вместе с женой окончательно переселился в Гленлэр. Но ему становилось всё хуже, вскоре выяснилось, что это рак, и даже ведущие врачи Кембрижда уже ничем не могли помочь. Умер Максвелл 5 ноября 1879 года. Похоронен на маленьком кладбище в деревне Партон.

Все изображения взяты из открытых источников.