جيمس كليرك ماكسويل

من هو جيمس كلارك ماكسويل؟

هو أستاذ وعالم فيزيائي كبير من رواد الفيزياء في القرن التاسع عشر.

وهو جيمس كلارك ماكسويل، عالم فيزيائي عريق يعتبره العلماء المعاصرون أساسًا للفيزياء الحديثة، إذ إن له العديد من المساهمات العلمية في مختلف المجالات والتي شملت؛ المرونة، وعلم البصريات، ورؤية الألوان، وسلوك القمة الديناميكية، ناهيك عن دراسته التحليلية لحلقات زحل، وتحليله خصائص الغازات، وصياغة معادلاته الشهيرة التي عرفت باسمه والتي تحكم الكهرومغناطيسية، كما أنه مؤسس مختبر كافنديش للفيزياء التجريبية الموجود في جامعة كامبريدج، والذي أصبح بدوره المختبر الأكثر إنتاجًا للنظريات والأبحاث الفيزيائية خلال الخمسين عامًا التي عقبت إنشاءه.^[١]

مولد ماكسويل ونشأته

وُلد جيمس كليرك ماكسويل في تاريخ 13-1-1831 م، في مدينة إدنبره التي تقع في اسكتلندا، وكان ينتمي لعائلة ثرية جدًا، وذلك بعد أن تمكن والده من كسب ميراث العائلة ذي الشروط المعقدة بطريقة قانونية برلمنانية بحتة، واستقر بعد زواجه من والدته فرانسيس كاي في إدنبرة، وبنوا منزلًا في ملكية متواضعة للعائلة والذي أصبح المقر المثالي لمصالح وتجارب ابنهم جون العلمية والتقنية فيما بعد.^[١]

ثقافة ماكسويل ومسيرته الأكاديمية

بدأ جيمس كلارك ماكسويل مسيرته التعليمية على يد معلم خاص تقليدي وغير مُلهم بعد وفاة والدته، والذي ادعى بأن تلميذه بطيء التعلم، على خلاف طبيعته الفضولية وذاكرته العبقرية، فشرعت عمته جين كاي في إرساله لمدرسة أكاديمية إدنبرة، وهناك ظهرت اهتماماته المميزة خارج أسوار ومناهج الدراسة، فنشر أول ورقة علمية له في سن 14 عامًا، وكان مُنبهرًا بالهندسة والميكانيك منذ صغره، ليُبرز في بحثه سلسلة من المنحنيات البيضاوية التي يمكن تتبعها باستخدام المسامير والخيوط عن طريق القياس مع القطع الناقص، وعندما وصل سن 16 عامًا التحق بجامعة إدنبرة وأقبل بنهم على التعليم ونشر أوراقه العلمية المتنوعة، ومن ثم انتقل عام 1850 م إلى جامعة كامبريدج، وبعد أربع سنوات نال جائزة سميث التنافسية.

ثم عاد إلى اسكتلندا بعد تدهور صحة والده، وهناك عُين أستاذًا للفلسفة الطبيعية في كلية ماريشال في أبردين، وبعد وفاة والده تزوج ابنة مدير كلية ماريشال كاثرين ماري ديوار، وفي عام 1861 م انتخب كزميل في الجمعية الملكية وتوج لاحقًا بإلقاء إحدى المحاضرات فيها، وكان يعمل أستاذًا في كلية كينجز التي استقال منها وتقاعد في ملكية العائلة في جلينلير، وكان يزور لندن ويعمل كممتحن خارجي في الامتحانات الرياضية في جامعة كامبريدج، وخلال مسيرته قدم الكثير من الإنجازات والمساهمات في مجال الفيزياء، وفي عام 1871 م انتخب ليكون أستاذًا في جامعة كامبريدج التي صمم فيها معمل كافنديش الفيزيائي الشهير، وأشرف على بنائه قبل أن يمرض وتتدهور صحته.^[٢][٣]

إنجازات ماكسويل العلمية

فيما يأتي أهم إنجازات ماكسويل العلمية:

نظرية الكهرومغناطيسية

اعتمد جيمس ماكسويل بشكل أساسي على اكتشافات العلماء السابقين حول الكهرباء والمغناطيسية، ومن خلال البحث والاستنتاج والعمل الدؤوب حقق قفزة كبيرة في توحيد نظريات المغناطيسية والكهرباء والضوء، فأظهر في نظريته أن الضوء هو شعاع وموجة كهرومغناطيسية، فأدى عمله العظيم إلى تطوير فيزياء الكم في أوائل القرن العشرين، إضافةً لمساعدة العالم آينشتاين على ابتكار نظرية النسبية، وفي عصرنا الحالي تطورت الكثير من التكنولوجيا الحديثة التي اعتمدت في اكتشافها وتركيبها على مبادئ ماكسويل الأساسية التي صاغها للكهرومغناطيسية، خاصةً في مجال الإلكترونيات التي تشمل الأجهزة الحديثة المختلفة، مثل: التلفاز، والهاتف، والراديو، والرادار، وغيره.^[٤]

معادلات ماكسويل

وسّع ماكسويل عمله في نظريته الكهرومغناطيسية من خلال البحث في نظريات مايكل فاراداي حول الكهرباء وخطوط القوة المغناطيسية، ولاحظ الروابط بين أبحاث العلماء فاراداي وريان وغاوس من قبله، واستنبط منها نظرية تاريخية باستخدام أربع معادلات تصف العلاقات بين الكهرباء والمغناطيسية وانتشار الموجات الكهرومغناطيسية مع تحديدها كميًّا، وعرفت لاحقًا بمعادلات ماكسويل، وتمثل هذه المعادلات التفاضلية الجزئية أحد أبرز الإنجازات الفيزيائية منذ زمن نيوتن؛ إذ تُشكل نموذجًا لنوع جديد من القوانين التي تُمثل بدورها بنية المجال، وتصف السلوك الديناميكي للمجال الكهرومغناطيسي، كما أن الفضاء بأكمله يُعد مشهدًا لهذه القوانين على خلاف باقي القوانين الميكانيكية التي تقتصر على النقاط إلى توجد فيها المادة أو الشحنات.^[٥][٤]

نظريته حول حلقات زحل

حصل جيمس ماكسويل بينما كان في العشرينات من عمره على جائزة أفضل بحث تكريمًا لمقاله الذي يختص بحلقات كوكب زحل، ومُلخص بحثه كان يشير إلى أن الحلقات يجب أن تتكون من كتل من مادة غير متماسكة بشكل متبادل، ومن جهة أخرى تم تأكيد نظريته عند وصول أول مسبار فضائي إلى كوكب زحل، وهو مسبار العالم فوييجر بعد مرور 100 عام من بحثه في الثمانينيات.^[٢][٣]

في مجال التصوير الفوتوغرافي

قدم ماكسويل مساهمات أدت إلى تطوير التصوير الفوتوغرافي الملون، وذلك خلال بحثه وتحليله للألوان، والذي أسفر عن اختراعه لعملية ثلاثية الألوان، والتي باتت أساس التصوير الفوتوغرافي الملون الحديث، والتي تعتمد بدورها على مرشحات اللون الأحمر، واللون الأخضر، واللون الأزرق والتي قام بواسطتها بإنشاء أول صورة ملونة.^[٤]

الديناميكية الحرارية للغازات

لم يؤسس ماكسويل النظرية الحركية للغازات لكنه كان أول من طبق الاحتمالات والإحصاءات واستخدم الميكانيكا الإحصائية لوصف التغيرات في درجات الحرارة على المستوى الجزيئي لتوضيح خصائص تجميع الغازات، فأثبت أن سرعة جزيئات الغاز التي كانت الافتراضات السابقة تدعي أنها متساوية لكنها ليست كذلك، بل تتبع توزيعًا إحصائيًا عُرف لاحقًا باسم قانون توزيع ماكسويل بولتزمان، كما حقق ماكسويل في خصائص نقل الغازات وتأثرها بالتغيرات المختلفة، مثل: درجة الحرارة، والضغط، والتي تؤثر على انتشارها ولزوجتها وتوصيلها الحراري، ومن جهة أخرى لا يزال العلماء يستخدمون نظرية ماكسويل على نطاق واسع كنموذج للغازات المتخلخلة والبلازما.^[٢][٤]

أبرز أساتذة جيمس كليرك ماكسويل

تتلمذ ماكسويل عى يد نخبة من المعلمين، ومن أبرزهم؛ ويليام هوبكنز المعروف بصانع رانجلر (أي حاصل على مرتبة الشرف باختبارات الرياضيات) وهو مدرس الرياضيات في جامعة كامبريدج، والذي نال ماكسويل اللقب من بعده.^[٢]

وفاة جيمس كليرك ماكسويل

توفي جيمس ماكسويل عن عمر يناهز 48 عامًا في تاريخ 5-1-1879 م، في مدينة كامبريدج التي تقع في كامبريدجشير(إنجلترا)، وذلك بسبب إصابته بسرطان المعدة، والذي كان هو نفسه سبب وفاة والدته، مُخلفًا وراءه مسيرة مهنية مثمرة حافلة بالإنجازات الكبيرة، ودفن في باحة كنيسة صغيرة في قرية بارتون في اسكتلندا.^[٦][٢]