جيمس كليرك ماكسويل.. العالم الذي غيّر وجه العالم

يعد العالم جيمس كليرك ماكسويل من أهم العلماء الذين أظهروا اهتمامًا استثنائيًا بالعلوم والرياضيات، وكان له الفضل في اكتشافات هامة في علوم الكهرباء والمغناطيسية والضوء، والتي كانت أساسًا للعديد من الاختراعات الحديثة المستخدمة حتى الآن، مثل الراديو، والمصباح الكهربائي، وحتى الهواتف المحمولة، تعرف أكثر على مسيرته وأهم إنجازاته في هذا المقال.

من هو جيمس كليرك ماكسويل؟

هو عالم فيزياء اسكتلندي ولد في 13 يونيو عام 1813 في إدنبرة باسكتلندا، ويُعتبر أحد أبرز العلماء في التاريخ، وقد أسهم بشكل كبير في العديد من المجالات الفيزيائية.

قام ماكسويل بتطوير مجموعة من المعادلات التي تصف الكهرباء والمغناطيسية، والمعروفة الآن بمعادلات ماكسويل. هذه المعادلات توحد الكهرباء والمغناطيسية في إطار واحد، مما يُعتبر أساس الكهرومغناطيسية الكلاسيكية.

أجرى أيضًا دراسات رائدة في مجال نظرية الألوان، وقدم تفسيرًا للكيفية التي يمكن بها للألوان الأساسية الثلاثة (الأحمر، الأخضر، والأزرق) أن تُستخدم لتكوين الألوان الأخرى.

كما ساهم في تطوير نظرية الحركة الجزيئية للغازات، والتي تُعتبر أساس الديناميكا الحرارية الإحصائية، وتوصل إلى أن الضوء هو شكل من أشكال الموجات الكهرومغناطيسية وسرعته ثابتة.

أثرت أعمال ماكسويل بشكل كبير في الفيزياء الحديثة، ووضعت الأساس للتطورات اللاحقة في النظرية النسبية وميكانيكا الكم. يُعتبر إرثه العلمي ذا أهمية كبيرة، ويستمر تأثيره في العديد من مجالات العلم حتى اليوم.

يعتبر الكثيرون إنجازات جيمس كليرك ماكسويل ومساهماته في نفس حجم مساهمات علماء آخرين مثل إسحاق نيوتن، وألبرت أينشتاين، وقد تم تصنيفه في المرتبة الثالثة من بين أبرز 100 عالم فيزياء في العالم، وقد وصف أينشتاين أعمال ماكسويل بأنها الأكثر عمقًا وإثمارًا في علم الفيزياء.

حياة جيمس كليرك ماكسويل

ولد جيمس كليرك ماكسويل في إدنبرة في اسكتلندا. والده جون كليرك ماكسويل كان محاميًا، أما والدته فرانسيس كاي هي ابنة القاضي الاسكتلندي روبرت هدسون كاي، وشقيقه المصور وعالم الآثار الاسكتلندي جون كاي.

نشأ ماكسويل في عائلة ثرية تمتلك عدة ممتلكات في اسكتلندا، وقد نشأ في بيت بناه والداه يقع على مساحة 1500 فدان. كان ماكسويل منذ صغره يتساءل عن كل الأشياء من حوله، فإذا سمع ضجيجًا يبدأ بالتساؤل عن الهدف من هذا الصوت وسبب إصدار.

تعليمه

أدركت والدة جيمس كليرك ماكسويل إمكانيات ابنها منذ صغره، لذا اهتمت بتعليمه أشد اهتماماً، وتولت مسؤولية تعليمه بنفسها، وفي سن الثامنة من عمره كان قادرًا على قراءة الكتاب المقدس ببراعة، كما كان قادرًا على تذكر آيات وفصول محددة من الكتاب المقدس بنفسه.

بعد وفاة والدته؛ بسبب مرض السرطان تولى تعليمه والده وخاله، وكلاهما لعبا دورًا محوريًا في حياته، ثم تلقى تعليمه الرسمي تحت إشراف مدرس، إلا أنه تم فصل المدرس، وبعدها أرسل إلى أكاديمية إدنبرة المروقة، وعاش في منزل عمته إيزابيلا، وكان يبلغ من العمر 10 سنوات.

لم يتأقلم ماكسويل في المدرسة، وكان منعزلًا اجتماعيًا، ولكن شجعته العزلة تلك على مقابلة لويس كامبل، وبيتر جوثري تايتوأصبحوا من العلماء البارزين لاحقًا، كما ظلوا أصدقاء مدى الحياة.

افتتن ماكسويل بالهندسة في سن مبكرة، وأعاد اكتشاف العديد من الاكتشافات العلمية بنفسه، إلا أن عمله الأكاديمي لم يكن ملحوظا لأحد، كما كان طالبًا متفوقًا، وشارك في مسابقات الرياضيات، واللغة الإنجليزية والشعر.

في سن الرابعة عشر من عمره كتب أول بحث علمي له عن المنحنيات الرياضية، وقد تم تقديم هذا البحث إلى الجمعية الملكية في إدنبرة، إلا أن العمل لم يكن أصليًا تمامًا، ولكن كان بوادر لظهور عالم عبقري.

دراسته الجامعية

في عام 1847 التحق ماكسويل بجامعة إدنبرة، وكان يبلغ من العمر 16 عامًا فقط، وفي الجامعة كان يقوم بتجربة الأجهزة الكيميائية، والكهربائية، والمغناطيسية، كما اهتم بالضوء أيضًا، وتمكن من اكتشاف المرونة الضوئية.

في سن الثامنة عشر من عمره قدم ورقتين بحثيتين إلى الجمعية الملكية في إدنبرة، وإحداهما كانت بعنوان "حول توازن المواد الصلبة المرنة"، وقد كانت أساسًا لاكتشاف مهم في حياته، وهو الانكسار المزدوج، والثانية بعنون "المنحنيات المتدحرجة".

في عام 1850 التحق بجامعة كامبريدج، ودرس في كلية ترينيتي، وفي عام 1854 تخرج بدرجة في الرياضيات، وفي عام 1855 تم تعيينه زميلًا في ترينيتي، ثم ترك الجامعة في نوفمبر في العام التالي.

ديانة جيمس كليرك ماكسويل

كان العالم جيمس كليرك ماكسويل إنجيليًا مشيخيًا متدينًا، وفي سنواته الأخيرة أصبح قسًا في كنيسة اسكتلندا، كما كان يحرص على الحضور في كنيسة اسكتلندا، وهي طائفة والده، والكنيسة الأسقفية، وهي طائفة والدته، وعندما كبر أصبح إنجيليًا.

زوجة جيمس كليرك ماكسويل

تزوج جيمس كليرك ماكسويل من كاثرين ماري ديوار عام 1858، وهي ابنة القس دانيال ديوار الذي كان صديقًا له، وكانت كاثرين تكبره بسبع سنوات، وقد ساعدت في مختبره، وأجرت عدة اختبارات في اللزوجة، وقد انتقل مع زوجته إلى لندن عام 1860 للتدريس في كلية كينغز.

مسيرته الأكاديمية

في عام 1856 أصبح جيمس كليرك ماكسويل، البالغ من العمر 25 عامًا فقط، أصغر ب15 عامًا من أي أستاذ آخر في كلية ماريشال، وكان يلقي محاضرات لمدة 15 ساعة أسبوعيًا.

خلال تدريسه في الجامعة اهتم بدراسة طبيعة حلقات زحل، وهي المشكلة التي استعصت على العلماء لمدة 200 عام، وقد خصص ماكسويل عامين لدراسة هذه المشكلة، وخلص في النهاية إلى أن الحلقات والجسميات الصغيرة تدور بشكل مستقل حول زحل، وقد حصل على جائزة بقيمة 130 جنيهًا بسبب هذا الاكتشاف.

في عام 1860 انتقل إلى كلية كينغز في لندن، وكانت هذه الفترة هي الأكثر إنتاجية في حياته المهنية، حيث حصل على وسام رمفورد من الجمعية الملكية، وقدم ملاحظات وأبحاث مختلفة عن الكهرباء والمغناطيس والضوء.

في عام 1865 استقال من كلية كينغز، وعاد إلى جلينلير، وفي عام 1871 عاد إلى كامبريدج، وأصبح أول أستاذ في الفيزياء.

ماذا اكتشف جيمس ماكسويل؟

قام جيمس كليرك ماكسويل بعدة اكتشافات رئيسية أثرت بعمق في الفيزياء والعلوم بشكل عام، ومن أبرز اكتشافاته نظرية الألوان، حيث قدم تفسيرًا لكيفية رؤية الألوان وكيفية تكوين الألوان من خلال مزيج من الألوان الأساسية الثلاثة: الأحمر، الأخضر، والأزرق. قام بإجراء أول صورة ملونة في التاريخ باستخدام هذه النظرية.

توصل أيضًا إلى الحركة الجزيئية للغازات، وساهم بشكل كبير في تطوير نظرية الحركة الجزيئية للغازات، وقدم توزيع ماكسويل-بولتزمان، الذي يصف توزيع سرعات جزيئات الغاز في حالة التوازن الحراري.

معادلات ماكسويل الأربعة

اكتشف مجموعة من المعادلات التي توحد الكهرباء والمغناطيسية، وتصف كيف تتفاعل الحقول الكهربائية والمغناطيسية مع بعضها البعض ومع الشحنات الكهربائية والتيارات.

هذه المعادلات الأربعة (معادلة جاوس للكهربية، ومعادلة جاوس للمغناطيسية، ومعادلة فاراداي للحث الكهرومغناطيسي، وقانون أمبير مع تصحيح ماكسويل) تشكل أساس النظرية الكهرومغناطيسية الكلاسيكية.

نظرية جيمس كليرك ماكسويل للموجات الكهرومغناطيسية

اقترح أن الضوء هو شكل من أشكال الموجات الكهرومغناطيسية. كان هذا اكتشافًا جوهريًا؛ لأنه وحد بين الظواهر الكهربائية والمغناطيسية والضوئية في نظرية واحدة شاملة.

نظرية ماكسويل للضوء

استنتج من معادلاته أن سرعة الضوء يجب أن تكون ثابتة ومستقلة عن حركة المصدر أو المراقب، وهو اكتشاف كان له تأثير كبير على نظرية النسبية الخاصة التي طورها لاحقًا ألبرت أينشتاين.

تُعتبر اكتشافات ماكسويل من الأعمدة الرئيسية التي بنيت عليها الفيزياء الحديثة، وأسهمت في فهمنا العميق للطبيعة الكهرومغناطيسية للضوء والكهرباء والمغناطيسية.

ما هي عجلة ماكسويل؟

عجلة ماكسويل، وتُعرف أيضًا باسم عجلة الجيروسكوب أو دولاب الجيروسكوب، هي جهاز فيزيائي ابتكره جيمس كليرك ماكسويل لأغراض توضيحية وتعليمية، وتُستخدم لشرح وتوضيح مبادئ الحركة الدورانية، الزخم الزاوي، وعزم الدوران.

تتكون العجلة بشكل أساسي من:

• عجلة ثقيلة: تكون على شكل قرص أو دولاب معدني ثقيل.
• محور: يمر عبر مركز العجلة، يمكن أن يكون له أطراف مثبتة في إطار أو حامل.
• حبل أو خيط: يلتف حول محور العجلة.

وطريقة عملها:

• تُلف العجلة حول محور الحبل، مما يجعل الحبل يلتف حول المحور.
• عندما يُفلت الحبل، تبدأ العجلة في الدوران بسبب تأثير الجاذبية والزخم الزاوي.
• العجلة تتحرك نزولًا ببطء أثناء دورانها بسبب الحفاظ على الزخم الزاوي.
• عجلة ماكسويل تُستخدم بشكل رئيسي لتوضيح بعض المفاهيم الأساسية في الفيزياء، مثل:
• الزخم الزاوي: يُظهر الجهاز كيف يُحافظ الجسم الدوار على زخم زاوي مستقر.
• الحركة الدورانية: يمكن من خلاله رؤية تأثيرات عزم الدوران وكيفية انتقال الحركة الدورانية.
• الطاقة الكامنة والطاقة الحركية: يُوضح كيف تتحول الطاقة الكامنة إلى طاقة حركية أثناء حركة العجلة.

مؤلفات جيمس كليرك ماكسويل

ألف العالم جيمس كليرك ماكسويل العديد من الكتب العلمية، ومنها كتاب "نظرية الحرارة"، و"أطروحة المادة والحركة" وكتاب" رسالة في الكهرباء والمغناطيسية، وغيرها من الكتب العلمية.

وبالإضافة إلى كتبه العلمية، كان ماكسويل محبًا وعاشقًا للشعر، وكتب عدة قصائد نشرها صديقه لويس كامبل في عام 1882، وتشير قصائده إلى شخصيته، حيث كان صاحب صفات فكرية رائعة، ولكنه كان خجولًا اجتماعيًا.

مرضه ووفاته

في عام 1879 بدأ ماكسويل يعاني من صعوبة في البلع، حتى توفي في 5 نوفمبر من العام نفسه بمرض سرطان البطن عن عمر 48 عامًا فقط، وهو نفس المرض الذي توفيت بسبب والدته.

ومن أقوال جيمس كليرك ماكسويل قبل موته: "لقد كنت أفكر في مدى اللطف الذي تم التعامل معي به دائمًا. لم يسبق لي أن تعرضت لدفعة عنيفة طوال حياتي. الرغبة الوحيدة التي يمكن أن تكون لدي هي أن أخدم جيلي مثل داود بإرادة الله، ثم أنام".

دفن ماكسويل في بارتون كيرك بالقرب من المكان الذي نشأ فيه، وقد صدرت أعماله الكاملة في مجلدين بعد وفاته، وطبعتها جامعة كامبريج.