James Clerk Maxwell
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| « Tra molto tempo- per esempio tra diecimila anni- non c'è dubbio che la scoperta delle equazioni di Maxwell sarà giudicato l'evento più significativo del XIX secolo. La guerra civile americana apparirà insignificante e provinciale se paragonata a questo importante evento scientifico della medesima decade. » | |
James Clerk Maxwell
James Clerk Maxwell (Edimburgo, 13 giugno 1831 – Cambridge, 5 novembre 1879) è stato un fisico scozzese. Elaborò la prima teoria moderna dell'elettromagnetismo, compendiando in poche equazioni tutte le nozioni di tale branca della fisica. Maxwell tuttavia rimase legato ad una concezione di campo elettromagnetico la cui propagazione avviene attraverso un mezzo etereo; dapprima egli identificò l'etere luminifero con quello elettromagnetico e poi unificò i due fenomeni, quelli ottici e quelli elettromagnetici (infatti dalle sue equazioni tali onde sono immediatamente deducibili).
Maxwell eresse il suo monumento alla scienza partendo dalle basi gettate da illustri scienziati, tra cui non possiamo dimenticare il grande chimico-fisico sperimentale Michael Faraday e il fisico teorico André-Marie Ampère.
Inoltre Maxwell è anche noto per i suoi lavori effettuati nel campo della meccanica sui criteri di resistenza; in particolare, nel 1856 propose il cosiddetto criterio della massima energia di distorsione.
Le principali linee guida del pensiero di Maxwell sono identificabili in
- ricerca dell'unità (unificazione)
- rifiuto di ipotesi microscopiche
- enfasi sui risultati sperimentali.
Come metodo di indagine teorica Maxwell premia quello dell'analogia come il migliore perché è in grado di gettar luce su campi della scienza meno noti, partendo dalle leggi che governano fenomeni meglio conosciuti. Tuttavia questo metodo, sebbene efficace, dev'essere usato con consapevolezza per non vanificare gli sforzi trasformando utili aiuti in fuochi fatui ("useful helps into Wills of the Wisp", da "Essey for the Apostles on Analogies in Nature").
Indice |
[modifica] Biografia
James Clerk Maxwell naque il 13 giugno 1831 a Edimburgo da John Clerk Maxwell and Frances Cay. A quel tempo Michael Faraday stava completando i suoi studi sull'induzione magnetica, fenomeno che Maxwell avrebbe contribuito a spiegare. Maxwell crebbe nella tenuta di suo padre nella campagna scozzese.
Tutti gli indizi suggeriscono che Maxwell avesse un'instancabile curiosità fin da bambino. Sua madre Frances che ebbe un ruolo influente nella sua educazione giovanile, si rese conto delle sue potenzialità. Sfortunatamente morì (probabilmente di cancro) nel 1839 quando Maxwell aveva otto anni. Dopo la sua morte suo padre assunse un insegnante privato per impartire la prime lezioni a James. Di questo insegnante si sa solo che i suoi metodi erano severissimi e non risparmiava punizioni corporali al ragazzo. James non reagì bene tanto che il padre decise di mandarlo all'Accademia di Edimburgo. Lì James si trovò ben presto isolato per via della sua riservatezza e dei suoi modi strani oltre che per il suo accento scozzese. Il suo soprannome divenne "Dafty", cioè sciocco.
Maxwell capiva la geometria in tenera età e riscoprì, ancora bambino poliedri regolari. Nel 1846 a 14 anni scrisse un articolo sulle ellissi dove studiava le curve a più fuochi. È importante notare però che questo articolo, anche se notevole non è molto profondo dal punto di vista matematico. Infatti diversamente da altri grandi geni come Gauss, Pascal o Mozart, Maxwell non era un bambino prodigio.
A 16 anni Maxwell lasciò l'Accademia e si scrisse all'università di Edimburgo dove si distinse per le sue capacità. Poco dopo, senza aver ottenuto la laurea si spostò al Trinity College di Cambridge dove conobbe William Thomson il futuro Lord Kelvin. Divenne membro del "Club degli Apostoli", che riunisce i dodici migliori studenti del Trinity. Si laureò nel 1854 e rimase al College come insegnante fino al 1856. In questo periodo pubblicò due importanti articoli che ne rivelarono il genio: "Sulle linee di forza di Faraday" e "Sull'equilibrio dei solidi elastici".
Dal 1855 al 1872 pubblicò una serie di articoli connessi alla percezione del colore che gli valsero la medaglia Rumford nel 1860. Per queste indagini Maxwell inventò anche molti strumenti quali il Disco di Maxwell. Nel 1856 Maxwell chiese il trasferimento al Marischal College, di Aberdeen per stare vicino al padre malato. Suo padre morì ma Maxwell ebbe comunque la cattedra.
Nel 1859 vinse il premio Adams per un originale saggio Sulla stabilità degli anelli di Saturno in cui dimostrava che la stabilità degli anelli poteva essere ottenuta solo se essi erano composti da pezzi di roccia orbitanti intorno al pianeta. Questo avvalorava inoltre la teoria secondo la quale il Sistema Solare si era formato da una nebulosa che aveva iniziato a ruotare su se stessa.
Nel 1859 sposò Katherine Mary Deward, figlia del rettore del college, ma questo non gli impedì di perdere il posto quando il Marischal College si fuse con il King College di Aberdeen. Fece domanda per avere una cattedra ad Edimburgo ma gli fu preferito l'amico Peter Tait. Comunque riuscì ad ottenere un posto al King's College di Londra. Nel 1865 Maxwell abbandonò, per motivi ancora oggi misteriosi, la sua cattedra al King's College per ritirarsi nella sua tenuta a Glenlair, in Scozia.
Scrisse un importante manuale, La teoria del calore (1871), ed un importante trattato elementare Materia e moto (1876). Maxwell fu anche il primo a fare un uso esplicito dell'analisi dimensionale già nel 1871.
Nel 1871 Maxwell divenne il primo Cavendish Professor di Fisica, all'università di Cambridge: era incaricato di promuovere lo sviluppo del Cavendish Laboratory. Uno degli ultimi contributi di Maxwell alla scienza fu la pubblicazione degli appunti di Henry Cavendish.
Maxwell e sua moglie Katherine non ebbero figli. Morì serenamente a Cambridge nel 1879 di un tumore addominale. Aveva 48 anni. Era un devoto cristiano e fu sepolto nella chiesa di Parton.
[modifica] Personalità
È impossibile avere una visione generale sulla personalità di Maxwell senza considerare la sua fede religiosa. Fin dall'infanzia la religione condizionò molti aspetti della vita di Maxwell. Entrambi i genitori erano cristiani devoti (Episcopali) e infusero al figlio i principi fondamentali del cristianesimo.
Maxwell fu un grande amante della poesia britannica e memorizzò molte ballate e poesie inglesi. Anche lui scrisse alcuni poemetti; di questi il migliore è sicuramente Rigid Body Sings. Le altre sue composizioni sono:
- Gin a body meet a body
- Flyin' through the air.
- Gin a body hit a body,
- Will it fly? And where?
Una raccolta delle sue poesie fu pubblicata dal suo amico Lewis Campbell nel 1882.
[modifica] Contributi alla scienza
[modifica] Teoria cinetica
Una delle scoperte più grandi di Maxwell fu lo studio della teoria cinetica dei gas. Essa, proposta per la prima volta da Daniel Bernoulli era stata sviluppata da personalità del calibro di John Herapath, John James Waterston, James Joule e specialmente Rudolf Clausius. Essa però ha ricevuto uno sviluppo enorme da parte di Maxwell.
Nel 1866, formulò, indipendentemente da Ludwig Boltzmann, la Distribuzione di Maxwell-Boltzmann, che ci dice il numero di molecole che, in un gas a una certa temperatura, si muovono a una certa velocità. Questo approccio gli permise di generalizzare le leggi della termodinamica precedentemente stabilite e spiegò ancora meglio le osservazioni sperimentali. Questo lavoro lo portò a condurre l'esperimento mentale del diavoletto di Maxwell.
[modifica] Elettromagnetismo
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Per approfondire, vedi la voce Equazioni di Maxwell. |
Il più importante lavoro di Maxwell è sicuramente quello legato all'elettromagnetismo. Egli unificò i lavori sull'elettricità e sul magnetismo di Michael Faraday, André-Marie Ampère in una serie di quattro equazioni differenziali (originariamente, 20 equazioni ridotte poi a quattro) Queste equazioni note come equazioni di Maxwell furono presentate alla Royal Society nel 1864, e insieme descrivono il campo elettrico e quello magnetico , e le loro interazioni con la materia. Esse sono il punto più alto raggiunto dalla fisica classica
Queste equazioni prevedono l'esistenza di onde elettromagnetiche, ossia di oscillazioni del campo elettromagnetico. Maxwell poteva, grazie ai dati disponiblili all'epoca misurare sperimentalmente la velocità di queste onde. Giungendo al risultato che esse viaggiavano a circa 310.740.000 m/s. Maxwell nel 1865 scriveva:
| « Questa velocità è così vicina a quella della luce che ho ragione di supporre che la luce stessa sia un'onda elettromagnetica » |
Maxwell era nel giusto e la scoperta delle altre onde elettromagnetiche fu uno dei trionfi assoluti della fisica ottocentesca.
[modifica] Teoria dei colori
I contributi di Maxwell all'ottica e alla percezione del colore furono rilevanti. Maxwell scoprì infatti che la fotografia a colori poteva essere realizzata sovrapponendo filtri rossi, verdi e blu. Fece fotografare tre volte un tartan scozzese mettendo sopra l'obbiettivo tre filtri di diverso colore. Le tre immagini sono state sviluppate e proiettate su uno schermo con tre proiettori differenti. Una volta messe a fuoco le tre immagini su di uno stesso punto ne è scaturita un' immagine a colori, la prima di tutta la storia.
[modifica] Approccio religioso alla scienza
Maxwell giustifica la conoscibilità della natura e il successo della scienza, cioè la capacità dell'uomo di elaborare una scienza che sappia predicare alcune verità sulla natura, attraverso un atto di fede. Infatti Maxwell sosteneva che Colui che ha creato mente umana e natura, le ha create in corrispondenza. La fede cristiana di Maxwell si manifesta anche in un approccio religioso alla sua attività scientifica, dichiarandosi lettore del libro della natura: tale libro si mostra agli occhi dello scienziato come ordinato e armonioso, rivelando l'infinita potenza e saggezza di Dio nella Sua irraggiungibile ed eterna Verità.
[modifica] Curiosità
- Arrivato all'Università di Cambridge, a Maxwell fu spiegata l'esistenza di una funzione religiosa alle 6 del mattino. Maxwell si tormentò la barba e rispose lentamente, nella sua cadenza scozzese: "Va bene, penso di poter stare sveglio fino a quell'ora".
- I Maxwell Montes, una catena montuosa sul pianeta Venere, sono stati così battezzati in suo onore.
- Maxwell aveva un carattere molto ironico: dando una scorsa al suo epistolario si possono trovare alcune lettere all'indirizzo di amici colleghi firmate in forma differenziale 'dp/dt'; infatti tale funzione termodinamica equivale a JCM = dp/dt che sono proprio le iniziali del suo nome.
- A Maxwell piaceva molto la giocoleria e, si dice, che fosse molto bravo a managgiare il diabolo; e di ciò se ne vantava molto.
[modifica] Bibliografia
- Basil Mahon. The Man Who Changed Everything: The Life of James Clerk Maxwell. John Wiley and Sons Ltd, 2003. ISBN 047086088X
[modifica] Voci correlate
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