James Clerk Maxwell

James Clerk Maxwell

‘De meeste diepgaande en vruchtbaarste ideeën sinds Isaac Newton’

James Clerk Maxwell 1831-1879

De Schotse natuurkundige James Clerk Maxwell verrichtte zijn baanbrekende werk aan elektromagnetisme vooral in de jaren zestig van de 19de eeuw, toen hij hoogleraar was aan King’s College in London. Hij onderzocht Faradays elektrische en magnetische krachtvelden en begon een verklaring te zoeken voor het verband tussen tussen de twee. Maxwell begreep al snel dat er een eenvoudig antwoord was: elektriciteit en magnetisme zijn verschillende verschijningsvormen van hetzelfde fenomeen. Dit bewees hij door elkaar snijdende magnetische en elektrische golven te produceren met behulp van een wisselstroom. Bovendien berekende Maxwell dat de snelheid van deze golven gelijk moest zijn aan de lichtsnelheid (299.792 km/seconde) en concludeerde hij dat licht inderdaad, zoals Michael Faraday al had gedacht, een vorm van elektromagnetische straling is. Hij beargumenteerde dat infrarood en ultraviolet licht niet wezenlijk van elkaar verschillen en voorspelde het bestaan van vergelijkbare, nog onontdekte golftypen. De ontdekking in 1888 van radiogolven door Heinrich Rudolph Hertz (1857-1894) zou dit later bevestigen.

Elektromagnetisme

Hierbij bleef het echter niet. In 1864 publiceerde Maxwell zijn Dynamical Theory of the Electric Field, waarin hij een unificerende wiskundige theorie voor het elektromagnetisme formuleerde. De tekst was gebaseerd op vier vergelijkingen, tegenwoordig bekend als de Vergelijkingen van Maxwell, die de relatie beschreven tussen magnetische en elektrische velden. Later schreef hij er nog een ander werk over, dat in 1873 werd gepubliceerd onder de titel Treatise on Electricity and Magnetism.

Maxwell en Boltzmann

Maxwells opmerkelijkste prestaties lagen op het gebied van het elektromagnetisme, maar hij deed ook eminent werk op het gebied van de thermodynamica en gaf belangrijke kinetische verklaringen voor het gedrag van gassen. Hij bouwde daarbij voort op het idee dat moleculen in een gas bewegen. Maxwell toonde aan dat de snelheid van de moleculen sterk varieert en hij gebruikte zijn wiskundig inzicht om een statistisch model te formuleren dat een uitdrukking was van de resultaten van zijn onderzoek. Dit model staat tegenwoordig bekend als de Maxwell-Boltzmann-distributie (de Oostenrijker Ludwig Eduard Boltzmann kwam onafhankelijk van Maxwell tot hetzelfde resultaat). Het inzicht dat warmte in een gas niets anders is dan de beweging van moleculen maakte ook een eind aan de opvatting dat warmte een soort vloeistof zou zijn.

Kleurenfotografie

Maxwell ontdekte ook dat alle kleuren bestaan uit een mengsel van drie primaire kleuren. In 1861 paste hij deze ontdekking toe op de fotografie en produceerde hij een van de eerste kleurenfoto’s die ooit werden gemaakt. Eerder in zijn loopbaan had Maxwell een studie gemaakt van de ringen van Saturnus en geconcludeerd dat die bestaan uit een groot aantal kleine brokken en dus niet uit een vloeistof of een solide massa. In 1871 ging hij naar Cambridge, waar hij de eerste hoogleraar natuurkunde aan het Cavendish-laboratorium werd. Dit laboratorium, dat mede door hem werd gesticht, zou wereldberoemd worden en tal van leidende wetenschappers afleveren. De Schot had waarschijnlijk nog veel baanbrekend werk kunnen doen, als hij niet op jonge leeftijd was gestorven. Op zijn 48ste stierf hij aan kanker. Hoewel Maxwell door zijn eerste leraren als een trage leerling werd beschouwd, onderkende de briljante geleerde William Hopkins zijn grote talenten op de universiteit. En Albert Einstein beschreef de verandering in de natuurkundige opvattingen over de werkelijkheid als gevolg van Maxwells werk als ‘de meest diepgaande en vruchtbaarste sinds de tijd van Isaac Newton‘.

Het wetenschappelijke ergoed van Maxwell

Het belang van James Clerk Maxwells als wetenschapper is volgens velen te vergelijken met dat van Isaac Newton en Albert Einstein, ook al is hij misschien minder bekend. Net als deze twee grote wetenschappers gaf hij verklaringen voor natuurkundige verschijnselen die een revolutie betekenden voor de manier waarop we ze begrijpen. Hij legde voor latere wetenschappers een basis om op voort te bouwen door een genificeerde wiskundige verklaring te geven voor de zo lang onbegrepen experimentele ontdekkingen van Faraday (1791-1867) op het gebied van het elektromagnetisme.

1861 Maxwell maakt de eerste kleurenfoto. 1864 Dynamical Theory of the Electric Field gepubliceerd. 1873 Treatise on Electri city and Magnetism gepubliceerd. 1888 Heinrich Rudolph Hertz ontdekt de radiogolven en bevestigt daarmee Maxwells theorieën over nog onontdekte golftypen.

Author: Y Comak