جيمس كلارك ماكسويل.. أبو الفيزياء الحديثة

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin

مقدمة عن جيمس ماكسويل

حاول الإنسان مُنذ بداية الحضارة البشريّة فِهم ما حوله في هذا الكون الشاسع وخلق ما يساعده في تطوير أشكال الحياة ومن هذه المحاولات هو توحيد قوانين الكون باستخدام معادلات تصف ما يحدث في هذا الكون.

كانت أولى هذه المحاولات هو توحيد الكهرباء والمغناطيسية في شكل  الكهرومغناطيسية التي ساهم في أنتاجها لنا من سنتحدث عنّه في مقالنا وهو أبو الفيزياء الحديثة جيمس كلارك ماكسويل.

ولادة ونشأة جيمس ماكسويل

وُلِد جيمس كلارك ماكسويل في عائلة ثريّة في إدنبره، إسكتلندا، المملكة المتحدة في 13 يونيو 1831 م. وهو الابن الوحيد لأب كان محاميًا، وأم توفيت بالسرطان بعُمر 48 عامًا عندما كان عُمر ماكسويل 8 سنوات فقط.

المسار والإنجاز العلمي

التحق ماكسويل بأكاديمية إدنبره للمرحلة الثانويّة عام 1841م حيث ساعده فضوله وذاكرته الاستثنائيّة بنشر أول بحث أكاديمي له بسن الرابعة عشر من عمره. وصف هذا البحث سلسلة معممة من المنحنيات البيضاويّة التي يمكن تتبعُها بالدبابيس والخيط بالقياس مع القطع الناقص.

وبعُمر الستة عشر، التحق بجامعة إندبره لمدة ثلاث سنوات، حيث تلقى دورات في الفيزياء والرياضيات والفلسفة ونتيجة لذكائه وجد الدورات سهلة نوعًا ما، مِما ترك الكثير من وقت الفراغ لأبحاثه العلميّة الخاصة، مِما ساعده على نشر أوراق علميّة جادة أثناء حصوله على شهادته الجامعية.

وفي سن التاسعة عشر، انتقل إلى جامعة كامبريدج، ودرس الرياضيات، وأصبح زميلًا في كلية ترينيتي عندما كان عمره 24 عامًا، وشارك جائزة سميث للفيزياء النظريّة والرياضيات مع إدوارد روث نتيجة لمقال يتضمن بحثًا أصيلًا.

اُنتُخِب ماكسويل عام 1856م لزمالة في ترينيتي وهو بعُمر 25 عامًا وفي نفس السنة عُيّن أستاذ الفلسفة الطبيعية في كلية ماريشال بجامعة أبردين حيث أدار هذا المنصب لمدة أربع سنوات، وقبل الإعلان عن هذا المنصب الهام توفى والده، حيث أثرت هذه الحادثة على ماكسويل لعلاقته الشديدة بوالده.

في عام 1858 م، تزوّج ماكسويل كاثرين ماري ديوار، ابنه مدير كلية ماريشال ولم ينجبوا أبناء. وفي العالم تالي قام بصياغة ونشر تحليله الرائع لكيفيّة استقرار حلقات كوكب زُحل، والتي أثبتتها مركبة فوييجر 2 فيما بعد عام 1980 م.

في عام 1860 م وعمره 29 عامًا، حصل على الأستاذيّة في كلية الملك بلندن. كما أثبت أن كل جزيء من الهواء في درجة حرارة الغرفة يتصادم 8 مليارات مرة في الثانية مع الجزيئات الأخُرى في المتوسط.

كانت السنوات الخمس التالية بلا شك الأكثر نجاحًا في حياته المهنيّة، فخلال هذه الفترة:

  • نُشِرت ورقته الكلاسيكيّة في المجال الكهرومغناطيسيّ، التي فسرتها أشهر معادلات الفيزياء على الإطلاق وهي معادلات ماكسويل والتي سوف نتحدث عنها في مقال منفصل لأهميتها.
  • ثم اُنتُخِب في الجمعية الملكية عام 1861م.
  • أتمّ عمله النظري والتجريبي على لزوجة الغازات خلال هذه السنوات وبلغت ذروتها في محاضرة للجمعية الملكية عام 1866م.
  • أشرف على التحديد التجريبي للوحدات الكهربائيّة للجمعية البريطانيّة.وأدى هذا العمل في القياس والتوحيد إلى إنشاء المختبر الفيزيائي الوطني.
  • قاس نسبة الوحدات الكهرومغناطيسيّة والكهروستاتيكيّة للكهرباء وأكدّ أنه يتفق بشكل مرضِ مع سرعة الضوء كما تنبأت نظريته.

اقترحت نظرية ماكسويل أنه يمكن توليد موجات كهرومغناطيسيّة في المختبر، وهو احتمال أظهره هاينريش هيرتز لأول مرة في عام 1887 م، بعد ثماني سنوات من وفاة ماكسويل. وبالتالي فإن صناعة الراديو الناتجة بتطبيقاتها العديدة لها أصلها في منشورات ماكسويل.

يتم تضمين علاقات ماكسويل للمساواة بين المشتقات الجزئية المختلفة للدوال الديناميكيّة الحراريّة في كل كتاب قياسي عن الديناميكا الحراريّة. على الرغم من أن ماكسويل لم ينشأ النظرية الحركية الحديثة للغازات، إلا أنه كان أول من طبق أساليب الاحتماليّة والإحصاءات في وصف خصائص مجموعة الجزيئات. وهكذا تمكن من إثبات أن سرعات الجزيئات في الغاز، التي كان يُفترض في السابق أنها متساوية، يجب أن تتبع التوزيع الإحصائي (المعروف لاحقًا بقانون توزيع ماكسويل-بولتزمان). في ورقات لاحقة، بحث ماكسويل في خصائص النقل للغازات، أي تأثير التغيرات في درجة الحرارة والضغط على اللزوجة، والتوصيل الحراري، والانتشار.

وفاة جورج ماكسويل

وبعد هذا المسار القصير المُفعم بالاكتشافات والانجازات العلميّة العظيمة لم يحظى جيمس كلارك ماكسويل بأي تكريم في حياته. وللمصادفة القاسية أنه توفي بنفس نوع السرطان الذي أُصيبت به والدته وبنفس العمر تقريبًا 48 عامًا عام 1879م.