Primi anni di vita, 1831-1839

James Clerk Maxwell nacque il 13 giugno 1831 a 14 India Street, Edimburgo, da John Clerk Maxwell di Middlebie, un avvocato, e Frances Cay figlia di Robert Hodshon Cay e sorella di John Cay. (Il suo luogo di nascita ospita ora un museo gestito dalla James Clerk Maxwell Foundation., Suo padre era un uomo di comodi mezzi della famiglia Clerk di Penicuik, titolari della baronetteria di Clerk di Penicuik. Il fratello di suo padre era il 6 ° baronetto. Era nato “John Clerk”, aggiungendo Maxwell al suo dopo aver ereditato (da bambino nel 1793) la Middlebie estate, una proprietà di Maxwell nel Dumfriesshire. James era cugino di primo grado sia dell’artista Jemima Blackburn (figlia della sorella di suo padre) che dell’ingegnere civile William Dyce Cay (figlio del fratello di sua madre). Cay e Maxwell erano amici intimi e Cay ha agito come il suo testimone quando Maxwell sposato.,

I genitori di Maxwell si sono incontrati e sposati quando erano ben trentenni; sua madre aveva quasi 40 anni quando è nato. Avevano avuto un figlio in precedenza, una figlia di nome Elizabeth, che morì durante l’infanzia.

Quando Maxwell era giovane la sua famiglia si trasferì a Glenlair, nel Kirkcudbrightshire, che i suoi genitori avevano costruito nella tenuta che comprendeva 1.500 acri (610 ettari). Tutte le indicazioni suggeriscono che Maxwell aveva mantenuto una curiosità inestinguibile fin dalla tenera età. All’età di tre anni, tutto ciò che si muoveva, brillava o faceva rumore attirava la domanda: “che cosa è il go o’ that?,”In un passaggio aggiunto a una lettera di suo padre a sua cognata Jane Cay nel 1834, sua madre descrisse questo innato senso di curiosità:

È un uomo molto felice, ed è migliorato molto da quando il tempo è diventato moderato; ha un grande lavoro con porte, serrature, chiavi, ecc., e “mostrami come doos” non è mai fuori dalla sua bocca. Indaga anche il corso nascosto di ruscelli e campanili, il modo in cui l’acqua arriva dallo stagno attraverso il muro….,

Educazione, 1839-1847

Riconoscendo il potenziale del ragazzo, la madre di Maxwell, Frances, si prese la responsabilità della sua prima educazione, che in epoca vittoriana era in gran parte il lavoro della donna di casa. Alle otto poteva recitare lunghi passaggi di Milton e l’intero salmo 119 (176 versi). In effetti, la sua conoscenza della Scrittura era già dettagliata; poteva dare capitolo e versetto per quasi tutte le citazioni dei salmi., Sua madre fu ammalata di cancro addominale e, dopo un’operazione senza successo, morì nel dicembre 1839 quando aveva otto anni. La sua educazione fu poi supervisionata da suo padre e dalla cognata di suo padre Jane, entrambi i quali giocarono ruoli fondamentali nella sua vita. La sua istruzione formale iniziò senza successo sotto la guida di un tutor assunto di 16 anni. Poco si sa circa il giovane assunto per istruire Maxwell, tranne che ha trattato il ragazzo più giovane duramente, rimproverandolo per essere lento e ribelle. Il tutore fu licenziato nel novembre 1841., Il padre di James lo portò alla dimostrazione di Robert Davidson della propulsione elettrica e della forza magnetica il 12 febbraio 1842, un’esperienza con profonde implicazioni per il ragazzo.

Maxwell è stato inviato alla prestigiosa Accademia di Edimburgo. Ha alloggiato durante i periodi di termine a casa di sua zia Isabella. Durante questo periodo la sua passione per il disegno è stata incoraggiata da suo cugino maggiore Jemima., Il 10-year-old Maxwell, essendo stato cresciuto in isolamento nella tenuta di campagna di suo padre, non si adattava bene a scuola. Il primo anno era stato pieno, costringendolo ad unirsi al secondo anno con i compagni di classe un anno più anziano. I suoi manierismi e l’accento Galloway colpirono gli altri ragazzi come rustici. Arrivato al suo primo giorno di scuola indossando un paio di scarpe fatte in casa e una tunica, si guadagnò il soprannome scortese di “Daftie”. Non sembrava mai risentirsi dell’epiteto, portandolo senza lamentarsi per molti anni., Isolamento sociale presso l ” Accademia si è conclusa quando ha incontrato Lewis Campbell e Peter Guthrie Tait, due ragazzi di età simile che sono stati a diventare notevoli studiosi più tardi nella vita. Rimasero amici per tutta la vita.

Maxwell fu affascinato dalla geometria in tenera età, riscoprendo i poliedri regolari prima di ricevere qualsiasi istruzione formale. Nonostante la sua vittoria scrittura biografia premio della scuola nel suo secondo anno, il suo lavoro accademico è rimasto inosservato fino a quando, all “età di 13, ha vinto la medaglia matematica della scuola e il primo premio sia per l” inglese e la poesia.,

Gli interessi di Maxwell andavano ben oltre il programma scolastico e non prestava particolare attenzione alle prestazioni degli esami. Ha scritto il suo primo articolo scientifico all’età di 14 anni. In esso ha descritto un mezzo meccanico di disegnare curve matematiche con un pezzo di spago e le proprietà di ellissi, ovali cartesiani e curve correlate con più di due fuochi., L’opera, del 1846, “On the description of oval curves and those having a plurality of foci” è stato presentato alla Royal Society di Edimburgo da James Forbes, un professore di filosofia naturale presso l’Università di Edimburgo, perché Maxwell è stato ritenuto troppo giovane per presentare il lavoro se stesso. Il lavoro non era del tutto originale, dal momento che René Descartes aveva anche esaminato le proprietà di tali ellissi multifocali nel 17 ° secolo, ma aveva semplificato la loro costruzione.,

Università di Edimburgo, 1847-1850

Maxwell a sinistra l’Accademia nel 1847 all’età di 16 anni e ha cominciato a frequentare corsi presso l’Università di Edimburgo. Ha avuto l’opportunità di frequentare l’Università di Cambridge, ma ha deciso, dopo il suo primo mandato, per completare l’intero corso dei suoi studi universitari a Edimburgo., Il personale accademico dell’Università incluso alcuni nomi altamente considerato; il suo primo anno tutor inclusi Sir William Hamilton, che lo ha tenuto conferenze sulla logica e metafisica, Philip Kelland sulla matematica, e James Forbes sulla filosofia naturale. Egli non ha trovato le sue classi presso l’Università esigente, ed è stato quindi in grado di immergersi in studio privato durante il tempo libero presso l’Università e in particolare quando torna a casa a Glenlair. Ci avrebbe sperimentare con improvvisato chimica, elettrico, e apparecchi magnetici, tuttavia le sue principali preoccupazioni considerate le proprietà della luce polarizzata., Costruì blocchi sagomati di gelatina, li sottopose a varie sollecitazioni, e con un paio di prismi polarizzanti datigli da William Nicol, osservò le frange colorate che si erano sviluppate all’interno della gelatina. Attraverso questa pratica ha scoperto la fotoelasticità, che è un mezzo per determinare la distribuzione dello stress all’interno delle strutture fisiche.

All’età di 18 anni, Maxwell ha contribuito a due documenti per le transazioni della Royal Society di Edimburgo., Uno di questi,” Sull’equilibrio dei solidi elastici”, pose le basi per un’importante scoperta più tardi nella sua vita, che fu la doppia rifrazione temporanea prodotta nei liquidi viscosi dallo stress da taglio. Il suo altro documento è stato “Rolling Curves” e, proprio come con la carta “Oval Curves” che aveva scritto presso l’Accademia di Edimburgo, è stato ancora una volta considerato troppo giovane per stare in tribuna per presentare se stesso. Il documento è stato consegnato alla Royal Society dal suo tutore Kelland invece.,

Università di Cambridge, 1850-1856

Nell’ottobre del 1850, già un matematico esperto, Maxwell lasciò la Scozia per l’Università di Cambridge. Inizialmente ha frequentato Peterhouse, tuttavia prima della fine del suo primo mandato trasferito a Trinity, dove credeva che sarebbe stato più facile ottenere una borsa di studio. A Trinity fu eletto nella società segreta d’élite nota come Cambridge Apostles., La comprensione intellettuale di Maxwell della sua fede cristiana e della scienza crebbe rapidamente durante i suoi anni a Cambridge. Si unì agli “Apostoli”, un’esclusiva società di discussione dell’élite intellettuale, dove attraverso i suoi saggi cercò di elaborare questa comprensione.

Ora il mio grande piano, che è stato concepito di vecchio, … è quello di lasciare che nulla sia lasciato volontariamente non esaminato. Nulla deve essere terra santa consacrata alla Fede Stazionaria, sia positiva che negativa. Tutti i terreni incolti devono essere arati e un sistema regolare di rotazione seguita. …, Non nascondere mai nulla, che si tratti di erba o no, né sembrano desiderarlo nascosto. … Ancora una volta rivendico il Diritto di trasgressione su qualsiasi terreno Sacro che ogni uomo ha messo da parte. … Ora sono convinto che nessuno tranne un cristiano può effettivamente purificare la sua terra da questi luoghi santi. … Non dico che nessun cristiano abbia luoghi chiusi di questo tipo. Molti hanno un grande affare, e ognuno ha un po’. Ma ci sono ampi e importanti tratti nel territorio dello Schernitore, del Panteista, del Quietista, del formalista, del dogmatico, del Sensualista e del resto, che sono apertamente e solennemente tabù. …,”

Il cristianesimo—cioè la religione della Bibbia—è l’unico schema o forma di credenza che disconosce qualsiasi possesso su un tale mandato. Qui da solo tutto è gratis. Potete volare fino ai confini del mondo e non trovare altro Dio che l’Autore della Salvezza. Puoi cercare le Scritture e non trovare un testo che ti fermi nelle tue esplorazioni. …

L’Antico Testamento, la Legge mosaica e l’Ebraismo sono comunemente considerati “Tabù” dagli ortodossi. Gli scettici fingono di averli letti, e hanno trovato alcune obiezioni spiritose …, che troppi degli ortodossi non letti ammettono, e zitto il soggetto come infestato. Ma una candela sta arrivando per scacciare tutti i fantasmi e i Bugbears. Seguiamo la luce.

La misura in cui Maxwell ha “arato” le sue credenze cristiane e le ha messe alla prova intellettuale, può essere giudicata solo in modo incompleto dai suoi scritti. Ma ci sono molte prove, specialmente dai suoi giorni di laurea, che ha esaminato profondamente la sua fede. Certo, la sua conoscenza della Bibbia era notevole, quindi la sua fiducia nelle Scritture non era basata sull’ignoranza.,

Nell’estate del suo terzo anno, Maxwell trascorse un po ‘ di tempo a casa del reverendo C. B. Tayler, zio di un compagno di classe, G. W. H. Tayler. L’amore di Dio mostrato dalla famiglia impressionò Maxwell, in particolare dopo che il ministro e sua moglie lo avevano curato per problemi di salute.

Al suo ritorno a Cambridge, Maxwell scrive al suo ospite recente una lettera loquace e affettuosa che include la seguente testimonianza,

… Ho la capacità di essere più malvagio di qualsiasi esempio che l’uomo potrebbe darmi, e …, se scappo, è solo per grazia di Dio che mi aiuta a liberarmi di me stesso, parzialmente nella scienza, più completamente nella società, —ma non perfettamente se non impegnandomi in Dio …

Nel novembre 1851, Maxwell studiò sotto William Hopkins, il cui successo nel coltivare il genio matematico gli era valso il soprannome di “senior wrangler-maker”.

Nel 1854, Maxwell si laureò alla Trinity con una laurea in matematica. Ha ottenuto il secondo più alto nell’esame finale, arrivando dietro Edward Routh e guadagnandosi il titolo di Secondo Wrangler., In seguito fu dichiarato uguale a Routh nella prova più impegnativa dell’esame del premio di Smith. Subito dopo aver conseguito la laurea, Maxwell ha letto il suo articolo “On the Transformation of Surfaces by Bending” alla Cambridge Philosophical Society. Questo è uno dei pochi documenti puramente matematici che aveva scritto, dimostrando la sua crescente statura di matematico. Maxwell ha deciso di rimanere a Trinity dopo la laurea e ha fatto domanda per una borsa di studio, che era un processo che poteva aspettarsi di prendere un paio di anni., Sostenuto dal suo successo come studente di ricerca, sarebbe stato libero, a parte alcuni compiti di tutoraggio ed esame, di perseguire interessi scientifici a suo piacimento.

La natura e la percezione del colore è stato uno di questi interessi che aveva iniziato presso l’Università di Edimburgo, mentre era uno studente di Forbes. Con le trottole colorate inventate da Forbes, Maxwell è stato in grado di dimostrare che la luce bianca sarebbe il risultato di una miscela di luce rossa, verde e blu., Il suo documento “Experiments on Colour” ha stabilito i principi della combinazione di colori e fu presentato alla Royal Society di Edimburgo nel marzo 1855. Maxwell questa volta è stato in grado di consegnarlo da solo.

Maxwell fu nominato fellow of Trinity il 10 ottobre 1855, prima di quanto fosse la norma, e gli fu chiesto di preparare lezioni sull’idrostatica e l’ottica e di preparare documenti d’esame. Il febbraio seguente fu sollecitato da Forbes a candidarsi per la nuova cattedra vacante di Filosofia Naturale al Marischal College di Aberdeen., Suo padre lo aiutò nel compito di preparare i riferimenti necessari, ma morì il 2 aprile a Glenlair prima che entrambi conoscessero il risultato della candidatura di Maxwell. Ha accettato la cattedra a Aberdeen, lasciando Cambridge nel novembre 1856.

Marischal College, Aberdeen, 1856-1860

Il 25-year-old Maxwell era un buon 15 anni più giovane di qualsiasi altro professore a Marischal., Si impegnò con le sue nuove responsabilità come capo di un dipartimento, ideando il programma e preparando le lezioni. Si è impegnato a tenere conferenze 15 ore a settimana, tra cui una conferenza pro bono settimanale al college degli uomini di lavoro locali. Visse ad Aberdeen con suo cugino William Dyce Cay, un ingegnere civile scozzese, durante i sei mesi dell’anno accademico e trascorse le estati a Glenlair, che aveva ereditato da suo padre.

Ha focalizzato la sua attenzione su un problema che era sfuggito agli scienziati per 200 anni: la natura degli anelli di Saturno. Non si sapeva come potessero rimanere stabili senza rompersi, andare alla deriva o schiantarsi contro Saturno. Il problema ha assunto una particolare risonanza in quel momento perché St John’s College, Cambridge aveva scelto come argomento per il 1857 Adams Prize. Maxwell dedicò due anni allo studio del problema, dimostrando che un anello solido regolare non poteva essere stabile, mentre un anello fluido sarebbe stato costretto dall’azione delle onde a rompersi in blob., Dal momento che nessuno dei due è stato osservato, ha concluso che gli anelli devono essere composti da numerose piccole particelle ha chiamato “mattoni-pipistrelli”, ciascuno in orbita attorno a Saturno in modo indipendente. Maxwell è stato assegnato il £ 130 Adams Prize nel 1859 per il suo saggio “On the stability of the motion of Saturn’s rings”; è stato l’unico partecipante ad aver fatto abbastanza progressi per presentare una voce. Il suo lavoro è stato così dettagliato e convincente che quando George Biddell Airy leggerlo ha commentato ” E ‘ una delle più notevoli applicazioni della matematica alla fisica che io abbia mai visto.,”Fu considerata l’ultima parola sulla questione fino a quando le osservazioni dirette dei Voyager flybys degli anni’ 80 confermarono la previsione di Maxwell che gli anelli erano composti da particelle. Ora si capisce, tuttavia, che le particelle degli anelli non sono affatto stabili, essendo tirate dalla gravità su Saturno. Si prevede che gli anelli svaniranno del tutto nei prossimi 300 milioni di anni.

Nel 1857 Maxwell fece amicizia con il reverendo Daniel Dewar, che era allora il preside di Marischal. Attraverso di lui Maxwell ha incontrato la figlia di Dewar, Katherine Mary Dewar., Si fidanzarono nel febbraio 1858 e si sposarono ad Aberdeen il 2 giugno 1858. Sul record di matrimonio, Maxwell è elencato come professore di Filosofia naturale al Marischal College, Aberdeen. Katherine aveva sette anni più di Maxwell. Relativamente poco si sa di lei, anche se è noto che ha aiutato nel suo laboratorio e ha lavorato su esperimenti di viscosità. Il biografo e amico di Maxwell, Lewis Campbell, adottò una reticenza insolita sul tema di Katherine, anche se descrisse la loro vita coniugale come “una devozione senza precedenti”.,

Nel 1860 il Marischal College si fuse con il vicino King’s College per formare l’Università di Aberdeen. Non c’era spazio per due professori di Filosofia naturale, così Maxwell, nonostante la sua reputazione scientifica, si trovò licenziato. Non ha avuto successo nell’applicare per la sedia recentemente lasciata libera di Forbes a Edimburgo, il posto invece di andare a Tait. Maxwell ottenne invece la cattedra di Filosofia Naturale al King’s College di Londra. Dopo essersi ripreso da un attacco quasi fatale di vaiolo nel 1860, si trasferì a Londra con sua moglie.,

King’s College, Londra, 1860-1865

Il periodo di Maxwell al King’s fu probabilmente il più produttivo della sua carriera. Ricevette la Rumford Medal della Royal Society nel 1860 per il suo lavoro sul colore e fu poi eletto alla Society nel 1861., Questo periodo della sua vita lo avrebbe visto mostrare la prima fotografia a colori veloce alla luce del mondo, sviluppare ulteriormente le sue idee sulla viscosità dei gas e proporre un sistema di definizione delle grandezze fisiche—ora noto come analisi dimensionale. Maxwell frequentava spesso lezioni presso la Royal Institution, dove entrava regolarmente in contatto con Michael Faraday. La relazione tra i due uomini non poteva essere descritta come vicina, perché Faraday era 40 anni più anziano di Maxwell e mostrava segni di senilità. Hanno tuttavia mantenuto un forte rispetto per i talenti di ogni altro.,

Questa volta è particolarmente degno di nota per i progressi che Maxwell fece nel campo dell’elettricità e del magnetismo. Egli ha esaminato la natura di entrambi i campi elettrici e magnetici nel suo articolo in due parti “On physical lines of force”, che è stato pubblicato nel 1861. In esso ha fornito un modello concettuale per l’induzione elettromagnetica, costituito da minuscole cellule rotanti di flusso magnetico., Altre due parti furono in seguito aggiunte e pubblicate nello stesso documento all’inizio del 1862. Nella prima parte aggiuntiva ha discusso la natura dell’elettrostatica e della corrente di spostamento. Nella seconda parte aggiuntiva, ha affrontato la rotazione del piano della polarizzazione della luce in un campo magnetico, un fenomeno che era stato scoperto da Faraday ed è ora noto come effetto di Faraday.,

Dopo anni, 1865-1879

Nel 1865 Maxwell si dimise dalla cattedra al King’s College di Londra e tornò a Glenlair con Katherine., Nel suo articolo “On governors” (1868) descrisse matematicamente il comportamento dei governatori, dispositivi che controllano la velocità dei motori a vapore, stabilendo così le basi teoriche dell’ingegneria di controllo. Nel suo articolo “Su figure reciproche, cornici e diagrammi di forze” (1870) ha discusso la rigidità di vari disegni di reticolo. Scrisse il libro di testo Theory of Heat (1871) e il trattato Matter and Motion (1876). Maxwell fu anche il primo a fare esplicito uso dell’analisi dimensionale, nel 1871.

Nel 1871 tornò a Cambridge per diventare il primo professore di fisica Cavendish., Maxwell è stato incaricato dello sviluppo del Laboratorio Cavendish, supervisionando ogni passo nel progresso della costruzione e dell’acquisto della collezione di apparecchi. Uno degli ultimi grandi contributi di Maxwell alla scienza fu l’editing (con copiose note originali) della ricerca di Henry Cavendish, da cui è emerso che Cavendish ha studiato, tra le altre cose, questioni come la densità della Terra e la composizione dell’acqua.

Nel marzo 1879 Maxwell inviò un’importante lettera all’astronomo David Todd., Nell’aprile del 1879 Maxwell iniziò ad avere difficoltà a deglutire, il primo sintomo della sua malattia fatale.

Maxwell morì a Cambridge di cancro addominale il 5 novembre 1879 all’età di 48 anni. Sua madre era morta alla stessa età dello stesso tipo di cancro. Il ministro che lo ha visitato regolarmente nelle sue ultime settimane è rimasto stupito dalla sua lucidità e dall’immenso potere e portata della sua memoria, ma commenta più in particolare,

…, la sua malattia tirò fuori tutto il cuore, l’anima e lo spirito dell’uomo: la sua ferma e indubbia fede nell’Incarnazione e in tutti i suoi risultati; nella piena sufficienza dell’Espiazione; nell’opera dello Spirito Santo. Aveva misurato e scandagliato tutti gli schemi e i sistemi della filosofia, e li aveva trovati completamente vuoti e insoddisfacenti—”impraticabile” era la sua stessa parola su di loro—e si rivolse con semplice fede al Vangelo del Salvatore.,

Mentre la morte si avvicinava Maxwell disse a un collega di Cambridge,

Ho pensato a come sono sempre stato trattato con molta delicatezza. Non ho mai avuto una spinta violenta in tutta la mia vita. L’unico desiderio che posso avere è come Davide di servire la mia generazione per volontà di Dio, e poi addormentarsi.

Maxwell è sepolto a Parton Kirk, vicino a Castle Douglas a Galloway, vicino a dove è cresciuto., La biografia estesa The Life of James Clerk Maxwell, dal suo ex compagno di scuola e amico di una vita, il professor Lewis Campbell, fu pubblicata nel 1882. Le sue opere raccolte furono pubblicate in due volumi dalla Cambridge University Press nel 1890.

Gli esecutori della tenuta di Maxwell erano il suo medico George Edward Paget, G. G. Stokes, e Colin Mackenzie, che era cugino di Maxwell. Sovraccaricato di lavoro, Stokes passò i documenti di Maxwell a William Garnett, che ebbe la custodia effettiva dei documenti fino al 1884 circa.,

C’è un’iscrizione commemorativa a lui vicino allo schermo del coro a Westminster Abbey.

Vita personale

Come grande amante della poesia scozzese, Maxwell memorizzò poesie e scrisse le sue. Il più noto è Rigid Body Sings, strettamente basato su “Comin’ Through the Rye ” di Robert Burns, che apparentemente cantava mentre si accompagnava con una chitarra. Ha le linee di apertura

Gin a body meet a body

Flyin’ through the air.,
Gin un corpo ha colpito un corpo,

Volerà? E dove?

Una raccolta delle sue poesie fu pubblicata dal suo amico Lewis Campbell nel 1882.

Le descrizioni di Maxwell rilevano che le sue notevoli qualità intellettuali erano accompagnate da imbarazzo sociale.

Maxwell era un presbiteriano evangelico e nei suoi ultimi anni divenne un anziano della Chiesa di Scozia. Le credenze religiose di Maxwell e le attività correlate sono state al centro di una serie di documenti., Frequentando sia Chiesa di Scozia (denominazione di suo padre) e Episcopalian (denominazione di sua madre) servizi come un bambino, Maxwell in seguito ha subito una conversione evangelica nel mese di aprile 1853. Un aspetto di questa conversione potrebbe averlo allineato con una posizione antipositivista.