Максвелл. Электромагнитный синтез - Мигель Анхель Сабадель

[У Джеймса] были качества, которыми его одноклассники не могли перестать восхищаться: проворство и ловкость рук, непобедимая смелость и природное добродушие.

Слова Льюиса Кэмпбелла, одноклассника Максвелла в Эдинбургской академии, а позже его биографа

В доме тети Изабеллы (№ 31 на углу улиц Индиа-стрит и Хериот Роу; его в семье называли «Старый 31») было кое-что очень притягательное для мальчика. Джеймс восхищался библиотекой, намного лучше укомплектованной, чем библиотека в Гленлэре. Вскоре он открыл для себя творчество ирландского писателя Джонатана Свифта, а также поэта, драматурга и критика Джона Драйдена, который был звездой английской литературы второй половины XVII века. В области философии, занимавшей важное место в жизни Джеймса, он начал с текстов Томаса Гоббса.

Джон приезжал в Эдинбург при первой возможности, и субботние вечера отец и сын обычно проводили в окрестностях города. Увлечение наукой и техникой присутствовало почти во всем, чем они занимались в эти радостные дни. Они либо наблюдали за строительством железной дороги до порта Грантон, одной из морских гаваней Эдинбурга, либо рассматривали геологические слои на утесах Солисбари — холмах, рядом с которыми с 1768 по 1797 год жил основатель современной геологии Джеймс Геттон. Выводы, которые сделал Геттон, изучая эти слои, позволили ему усомниться в данных о возрасте Земли, основанных на библейских текстах, и увеличить его до нескольких миллионов лет. Отец и сын также ходили на различные аттракционы, которые оживляли город по выходным. Одним из них была выставка «электромагнитных машин», которую они посетили в феврале 1842 года. Вид этих примитивных устройств, очень далеких от двигателей и генераторов, известных нам сегодня, пробудил интерес Джеймса к теме, которая разделит физику на периоды «до» и «после».

Большинство информации о жизни Максвелла в это время у нас есть благодаря его переписке с отцом. Из писем хорошо видно, какую нежность они испытывали друг к другу и как сильно стремился Джеймс порадовать отца и отвлечь его от грустного одиночества в Гленлэре. В них мы также находим первое упоминание о его исследованиях в области математики, состоявшихся через несколько дней после его 13-го дня рождения: «Я построил тетраэдр, додекаэдр и еще два эдра, названий которых не знаю». Уроки геометрии еще не начались, и, вероятно, мальчик не знал о том, что существуют всего пять правильных многогранников. Однако, как говорит его товарищ и биограф Льюис Кэмпбелл в «Жизни Джеймса Клерка Максвелла», нельзя отрицать, что «его привлекали эти типы [твердых тел] с абсолютной симметрией, и его воображение привело к тому, что он построил их своими руками».

Несмотря на то что Джеймсу совершенно не нравился метод преподавания, и его наставник, господин Кармайкл, очень увлекался тем, что было известно как tawse (кожаный ремень с несколькими хвостами на конце — преподаватели нередко били им по ладоням своих учеников), постепенно мальчик продвигался в своих занятиях. Из последних рядов он поднялся на 19-е место. Положение Джеймса в классе значительно улучшилось, когда он понял, что имеет смысл учить греческий и латынь. Его знание Библии было таким хорошим, что на второй год он получил премию, которая вручалась самому лучшему студенту.

А на третьем году потенциал Джеймса раскрылся полностью. Благодаря впечатляющим успехам двух предыдущих лет, в октябре 1844 года его записали на занятия к ректору академии, Джону Уильямсу. По счастливой случайности один из его товарищей, Льюис Кэмпбелл, переехал в дом, соседний с домом тети Изабеллы. Льюис был местной звездой в классе, и Джеймс по-дружески соревновался с ним за первые места. После переезда их отношения переросли в большую дружбу, которая длилась всю жизнь. Наконец-то Джеймс нашел кого- то своего возраста, с кем мог беседовать на интересующие его темы. Одной из их общих тем стала геометрия.

Дружба с Льюисом положила конец изолированности Максвелла в школе, и через некоторое время он уже входил в группу учащихся, обладавших пытливым умом. Среди них был и Питер Гатри Тэт, который также в итоге стал его другом на всю жизнь.

Как обычно, летние каникулы Джеймс провел со своим отцом в Гленлэре. Там он катался на лошади, гулял по лугам и холмам, стрелял из лука, ходил на пикники, помогал отцу в делах фермы и работникам в сборе урожая... Единственное, что никогда ему не нравилось,— это охота: он не осуждал это занятие, но никогда не участвовал в нем, испытывая огромную симпатию ко всем животным. Перейдя на следующий курс, в 14 лет Максвелл начал посещать заседания Эдинбургского королевского общества.

Способ нарисовать эллипс с помощью карандаша, соединенного шнуром с двумя булавками.

ОВАЛЫ

Первый научный интерес Джеймс Клерк Максвелл проявил к математике: он разрабатывал метод черчения овалов с помощью булавок, нитей и карандаша. Мы все знаем: чтобы начертить круг, достаточно привязать нить к булавке, а к другому концу — карандаш. Если взять две булавки, соединенные свободно провисающей нитью, и пытаться нарисовать непрерывную линию вокруг обеих булавок, все время держа нить натянутой, получится эллипс (см. рисунок). Места, где находятся булавки, называются фокусами эллипса.

Если приблизить две булавки друг к другу, то начерченная кривая будет каждый раз все больше похожа на окружность — фигуру, которая появляется, когда обе булавки находятся на одном и том же месте. И напротив, при их постепенном разделении овальная форма каждый раз будет все более выраженной.

Максвелл в возраста около 12 лат.

Питер Гатри Тэт — шотландский физик, пионер термодинамики, одноклассник Максвелла в Эдинбургской академии. Их связывала крепкая дружба.

Снимок Гленлэра, сделанный до того, как ужасный пожар разрушил значительную часть дома в 1029 году. Там Максвелл жил с 1832 года до самой своей смерти в 1870 году.

Максвелл продолжил изучать способ вычерчивания кривых с двумя фокусами с помощью булавок, шнура и карандаша. Математическое развлечение привело его к написанию первой научной статьи, когда ему еще не исполнилось 15 лет. Узнав об этом, отец подростка решил послать статью своему другу Джеймсу Д. Форбсу, профессору натуральной философии Эдинбургского университета. Эта работа настолько увлекла профессора, что он рассказал о ней своему коллеге-математику Филипу Келланду, и они оба принялись искать в университетской библиотеке, не делал ли кто-то нечто подобное раньше. И нашли: Рене Декарт. Их удивление было огромным: французский философ, физик и математик изучал двухфокусные кривые, но метод черчения молодого Джеймса был проще, а его результаты — более общими. Джеймс сделал вывод, что можно получить целое семейство овалов, описываемых следующим уравнением: m·p + n·q = s, где m и n — два любых целых числа, р и q — расстояния от карандаша до булавок (фокусов овала), a s — длина шнура. В случае m = n - 1 получается уравнение эллипса. Максвелл не мог знать этого, но в последующие годы его открытие оказало очень сильное влияние на оптику и конструирование линз.