Jusztina, Kozma, Damján2020. szeptember 26., szombat
Tudomány

Az elektromágneses tér elméletének megfogalmazója

2019.11.05.MTI
National Geographic Magyarország

1879. november 5-én halt meg James Clerk Maxwell skót fizikus, az elektromágneses térelmélet megalkotója.

James Clerk Maxwell
Forrás: SSPL/Getty Images

A család eredeti neve Clerk volt, a Maxwellt ügyvéd apja vette föl, amikor birtokot örökölt  a Maxwell-ágtól.
James 1831. június 13-án született Edinburgh-ban, Penicuik báróinak utolsó sarjaként, édesanyját kilencévesen vesztette el. A kivételes elméjű fiú akkor már hosszú részleteket tudott idézett Miltontól, és különösen a matematikában árult el rendkívüli tehetséget. 14 évesen jelent meg első tudományos dolgozata egy geometriai problémáról. 16 évesen az Edinburgh-i Egyetem hallgatója lett, 1850-től pedig Cambridge-ben folytatta tanulmányait, ahol a Trinity College és a kiváló diákokat tömörítő társaság, a Cambridge-i Apostolok tagja lett. Apja halála után, 1856-ban alig 25 évesen az aberdeeni Marischal College professzora lett, 1858-ban megnősült. 1860-1865 között a londoni King’s College professzoraként természettudományt tanított, 1861-ben a londoni Royal Society tagjává választották. Állítólag nem volt jó előadó, óráin csak néhány diák vett részt, és közülük is csak a legokosabbak tudták követni fejtegetéseit.

1865-ben állásáról lemondva Délnyugat-Skóciába, glenlairi birtokára költözött, ahol idejét az elméleti munkásságnak szentelte, itt írta meg a Treatise on Electricity and Magnetism (Értekezés az elektromosságról és a mágnességről) című művét. 1871-ben visszatért Cambridge-be, ahol elsőként kapta meg a Henry Cavendish emlékére alapított fizikaprofesszori állást, amelyet haláláig betöltött. Őt bízták meg a Cavendish Laboratórium létrehozásával is, a munkát a tervezéstől az eszközbeszerzésig felügyelte.
Maxwell legzseniálisabb eredménye az elektromágneses tér elméletének megfogalmazása, de a fizika más területein is kiemelkedő eredményeket ért el. Az 1850-es években a Szaturnuszról írt tanulmányában feltételezte, hogy a bolygó gyűrűinek anyaga nem összefüggő, amit később tudományosan igazoltak, a Voyager-1 űrszonda képei pedig látványosan megmutattak. 1859-ben a valószínűségszámítás és a statisztika módszereivel írta le a molekulák klasszikus gázban való energiaeloszlásának képletét, amelyet 1871-ben a német Ludwig Boltzmann általánosított a molekulák energiaeloszlásának leírására (Maxwell-Boltzmann-eloszlás).

Elsőként jött rá, hogy bármely színt elő lehet állítani a vörös, a zöld és a kék fény keverésével, és 1861-ben egy előadásán bemutatta a világ első színes fényképét. Egy Thomas Sutton nevű fotós segítségével három képet készítettek egy skót kockás szalagról úgy, hogy felvételenként kicserélték a színszűrőt a lencse előtt. A három képet ezután külön-külön, a készítésekor használt színszűrővel egymásra vetítették, és a közönség színes fotót látott.

1871-ben adta közre a később Maxwell-démonnak elnevezett gondolatkísérletét. A “démon” egy olyan elméleti lény vagy szerkezet, amely egy azonos hőmérsékletű gázzal töltött, két részre osztott tartályban az elválasztó nyílást úgy kezeli, hogy a gyors mozgású molekulák az egyik, a lassúak a másik részben gyűljenek össze. A gyorsabb molekulákat tartalmazó rész így melegebb, a másik hidegebb lenne, és a folyamatosan áramló hő alkalmas lenne akár az örökmozgó működtetésére. Mindez ellentmond a termodinamika második főtételének, azaz hogy a magukra hagyott rendszerek entrópiája – a rendezettségből a rendezetlenség felé haladás – növekszik, a rendszer állapota a termikus egyensúly felé halad. A felvetésből adódó dilemmát számos fizikus feldolgozta és ma is inspirálja a kutatókat.
Maxwell az elektromágneses térelmélet megalkotásával az elektromos és a mágneses tér viselkedésének, valamint az anyaggal való kölcsönhatásuknak matematikai módszerekkel való leírására vállalkozott. Kezdetben húsz egyenletet állított fel, amelyet végül négy – a hétköznapi halandó számára felfoghatatlan – egyenletre egyszerűsített. Az egyenletek (a Gauss-törvény, a Faraday-Lenz-törvény, a Gauss mágneses törvénye és az Ampére-törvény Maxwell-kiegészítésével) közül az első az elektromos tér forrásáról szól és bebizonyítja, hogy az erővonalak a pozitív töltésből indulnak és a negatív töltéseken végződnek. A második leírja, hogy a mágneses indukció változása örvényes elektromos teret indukál, amelynek iránya ellenkező, mint az őt létrehozó változás. A harmadik igazolja, hogy a mágneses tér forrásmentes, erővonalai önmagukba záródnak, míg az utolsó azt írja le, hogy a változó elektromos tér mágneses teret hoz létre.
Az egyenletek megmutatták, hogy az elektromágneses térben a mágneses és az elektromos térerősség merőleges egymásra, illetve az egyenletekből meghatározhatóvá vált az elektromágneses hullámzás sebessége, amit Maxwell – aki a kezdetleges eszközök miatt csak becsülni tudott – 310 740 000 m/s-ra becsült. (A valós sebesség a fénysebesség, amely 299 792 458 m/s.) Az elektromágneses hullámok sebességének a fény sebességéhez való közelségéből feltételezte, hogy a fény is elektromágneses hullám, amely elektromágneses mezőben terjed. Sejtését 1886-ban Heinrich Hertz igazolta, ezt azonban Maxwell már nem érte meg. 1879. november 5-én, 48 évesen, akárcsak anyja, ő is gyomorrákban halt meg Cambridge-ben.

Maxwell felfedezései hozzájárultak a modern fizika kifejlődéséhez, megalapozva többek között a speciális relativitáselméletet. Amikor Einstein Cambridge-be látogatott és vendéglátója azt mondta neki, hogy nagyszerű dolgokat hozott létre Newton vállán állva, így helyesbített: “Nem Newton, hanem Maxwell vállán állva”. Tiszteletére a mágneses fluxus egységét a régi cgs mértékegység-rendszerben maxwellnek (mx) nevezték el, nevét viseli többek között a Vénusz egyik hegységrendszere, a Maxwell Montes is, edinburgh-i szülőházában a nevét viselő alapítvány működik.

Hozzászólások

Lehet élet a Mars mélyén?

Lehet élet a Mars mélyén?

A kutatók többsége ma úgy gondolja, hogy a vörös bolygó felszínén túl barátságtalanok a körülmények az élet számára, az azonban elképzelhető, hogy a mélyben bizonyos létformák fennmaradhatnak.

Neandervölgyi DNS-re bukkantak egy ősi fogban

Neandervölgyi DNS-re bukkantak egy ősi fogban

Egy neandervölgyi zápfog több tízezer éven át várt a felfedezésre a mai Lengyelország területén található Stajnia-barlangban.

Klímaanomália növelhette a világháborús veszteségeket

Klímaanomália növelhette a világháborús veszteségeket

A szakértők olyan különös éghajlati jelenséget azonosítottak, amely nemcsak az első világháborús, hanem a spanyolnáthához köthető halálozást is növelhette.

Újabb bizonyíték a Hold keletkezésének elméletére

Újabb bizonyíték a Hold keletkezésének elméletére

A leginkább elfogadott hipotézis alapján több mint 4 milliárd évvel ezelőtt egy Mars nagyságú bolygó csapódott a Földnek, így jött létre a Hold.

Íme az első magyarországi dinoszaurusztojás

Íme az első magyarországi dinoszaurusztojás

Két magyar kutatócsoport munkájának együttes eredményeként nemcsak egy ritka fosszíliával lettünk gazdagabbak, de a madárszerű dinoszauruszok európai elterjedéséről alkotott kép is megváltozhat.

National Geographic 2020. szeptemberi címlap

Előfizetés

A nyomtatott magazinra,
12 hónapra

9 960 Ft

Korábbi számok

National Geographic 2010. januári címlapNational Geographic 2010. februári címlapNational Geographic 2010. márciusi címlapNational Geographic 2010. áprilisi címlapNational Geographic 2010. májusi címlapNational Geographic 2010. júniusi címlapNational Geographic 2010. júliusi címlapNational Geographic 2010. augusztusi címlapNational Geographic 2010. szeptemberi címlapNational Geographic 2010. októberi címlapNational Geographic 2010. novemberi címlapNational Geographic 2010. decemberi címlapNational Geographic 2011. januári címlapNational Geographic 2011. februári címlapNational Geographic 2011. márciusi címlapNational Geographic 2011. áprilisi címlapNational Geographic 2011. májusi címlapNational Geographic 2011. júniusi címlapNational Geographic 2011. júliusi címlapNational Geographic 2011. augusztusi címlapNational Geographic 2011. szeptemberi címlapNational Geographic 2011. októberi címlapNational Geographic 2011. novemberi címlapNational Geographic 2011. decemberi címlapNational Geographic 2012. januári címlapNational Geographic 2012. februári címlapNational Geographic 2012. márciusi címlapNational Geographic 2012. áprilisi címlapNational Geographic 2012. májusi címlapNational Geographic 2012. júniusi címlapNational Geographic 2012. júliusi címlapNational Geographic 2012. augusztusi címlapNational Geographic 2012. szeptemberi címlapNational Geographic 2012. októberi címlapNational Geographic 2012. novemberi címlapNational Geographic 2012. decemberi címlapNational Geographic 2013. januári címlapNational Geographic 2013. februári címlapNational Geographic 2013. márciusi címlapNational Geographic 2013. áprilisi címlapNational Geographic 2013. májusi címlapNational Geographic 2013. júniusi címlapNational Geographic 2013. júliusi címlapNational Geographic 2013. augusztusi címlapNational Geographic 2013. szeptemberi címlapNational Geographic 2013. októberi címlapNational Geographic 2013. novemberi címlapNational Geographic 2013. decemberi címlapNational Geographic 2014. januári címlapNational Geographic 2014. februári címlapNational Geographic 2014. márciusi címlapNational Geographic 2014. áprilisi címlapNational Geographic 2014. májusi címlapNational Geographic 2014. júniusi címlapNational Geographic 2014. júliusi címlapNational Geographic 2014. augusztusi címlapNational Geographic 2014. szeptemberi címlapNational Geographic 2014. októberi címlapNational Geographic 2014. novemberi címlapNational Geographic 2014. decemberi címlapNational Geographic 2015. januári címlapNational Geographic 2015. februári címlapNational Geographic 2015. márciusi címlapNational Geographic 2015. áprilisi címlapNational Geographic 2015. májusi címlapNational Geographic 2015. júniusi címlapNational Geographic 2015. júliusi címlapNational Geographic 2015. augusztusi címlapNational Geographic 2015. szeptemberi címlapNational Geographic 2015. októberi címlapNational Geographic 2015. novemberi címlapNational Geographic 2015. decemberi címlapNational Geographic 2016. januári címlapNational Geographic 2016. februári címlapNational Geographic 2016. márciusi címlapNational Geographic 2016. áprilisi címlapNational Geographic 2016. májusi címlapNational Geographic 2016. júniusi címlapNational Geographic 2016. júliusi címlapNational Geographic 2016. augusztusi címlapNational Geographic 2016. szeptemberi címlapNational Geographic 2016. októberi címlapNational Geographic 2016. novemberi címlapNational Geographic 2016. decemberi címlapNational Geographic 2017. januári címlapNational Geographic 2017. februári címlapNational Geographic 2017. márciusi címlapNational Geographic 2017. áprilisi címlapNational Geographic 2017. májusi címlapNational Geographic 2017. júniusi címlapNational Geographic 2017. júliusi címlapNational Geographic 2017. augusztusi címlapNational Geographic 2017. szeptemberi címlapNational Geographic 2017. októberi címlapNational Geographic 2017. novemberi címlapNational Geographic 2017. decemberi címlapNational Geographic 2018. januári címlapNational Geographic 2018. februári címlapNational Geographic 2018. márciusi címlapNational Geographic 2018. áprilisi címlapNational Geographic 2018. májusi címlapNational Geographic 2018. júniusi címlapNational Geographic 2018. júliusi címlapNational Geographic 2018. augusztusi címlapNational Geographic 2018. szeptemberi címlapNational Geographic 2018. októberi címlapNational Geographic 2018. novemberi címlapNational Geographic 2018. decemberi címlapNational Geographic 2019. januári címlapNational Geographic 2019. februári címlapNational Geographic 2019. márciusi címlapNational Geographic 2019. áprilisi címlapNational Geographic 2019. májusi címlapNational Geographic 2019. júniusi címlapNational Geographic 2019. júliusi címlapNational Geographic 2019. augusztusi címlapNational Geographic 2019. szeptemberi címlapNational Geographic 2019. októberi címlapNational Geographic 2019. novemberi címlapNational Geographic 2019. decemberi címlapNational Geographic 2020. januári címlapNational Geographic 2020. februári címlapNational Geographic 2020. márciusi címlapNational Geographic 2020. áprilisi címlapNational Geographic 2020. májusi címlapNational Geographic 2020. júniusi címlapNational Geographic 2020. júliusi címlapNational Geographic 2020. augusztusi címlapNational Geographic 2020. szeptemberi címlap

Hírlevél feliratkozás

Kérjük, erősítsd meg a feliratkozásod az e-mailben kapott linkre kattintva!

Kövess minket