Максвелл Джеймс Клерк

Джеймс Клерк Максвелл ( 13 июня 1831, Эдинбург, Шотландия — 5ноября 1879, Кембридж, Англия) — британский , и . Шотландец попроисхождению. Член Лондонского королевского общества (1861). Максвеллзаложил основы современной классической электродинамики (уравненияМаксвелла), ввёл в физику понятия тока смещения и электромагнитногополя, получил ряд следствий из своей теории (предсказаниеэлектромагнитных волн, электромагнитная природа света, давление света идругие). Один из основателей кинетической теории газов (установилраспределение молекул газа по скоростям). Одним из первых ввёл в физикустатистические представления, показал статистическую природу второгоначала термодинамики («демон Максвелла»), получил ряд важных результатовв молекулярной физике и термодинамике (термодинамические соотношенияМаксвелла, правило Максвелла для фазового перехода жидкость — газ идругие). Пионер количественной теории цветов; автор трёхцветногопринципа цветной фотографии. Среди других работ Максвелла —исследования по механике (фотоупругость, теорема Максвелла в теорииупругости, работы в области теории устойчивости движения, анализустойчивости колец Сатурна), оптике, математике. Он подготовил кпубликации рукописи работ Генри Кавендиша, много внимания уделялпопуляризации науки, сконструировал ряд научных приборов.

Обзор жизни итворчества


Происхождение и юность. Первая научная работа(1831—1847)


 Джеймс Клерк Максвелл принадлежал к старинному шотландскому роду Клерковиз . Его отец, Джон Клерк Максвелл, был владельцем фамильного именияМиддлби в Южной Шотландии (вторая фамилия Максвелл отражает именно этотфакт). Он окончил Эдинбургский университет и был членом адвокатскойколлегии, но не питал любви к юриспруденции, увлекаясь в свободное времянаукой и техникой (он даже опубликовал несколько статей прикладногохарактера) и регулярно посещая в качестве зрителя заседанияЭдинбургского королевского общества. В 1826 году он женился на ФрэнсисКей (Frances Cay), дочери судьи Адмиралтейского суда, котораяспустя пять лет родила ему сына.
 Вскоре после рождения сына семья переехала из Эдинбурга в своёзаброшенное имение Миддлби, где был построен новый дом, получившийназвание Гленлэр (Glenlair, то есть «берлога в узкой лощине»).Здесь Джеймс Клерк Максвелл провёл свои детские годы, омрачённые раннейсмертью матери от рака. Жизнь на природе сделала его выносливым илюбопытным. С раннего детства он проявлял интерес к окружающему миру,был окружён различными «научными игрушками» (например, «магическимдиском» — предшественником кинематографа, моделью небесной сферы,волчком-«дьяволом» и др.), многое почерпнул из общения со своим отцом,увлекался поэзией и совершил первые собственные поэтические опыты. Лишьв десятилетнем возрасте у него появился специально нанятый домашнийучитель, однако такое обучение оказалось неэффективным, и в ноябре 1841года Максвелл переехал к своей тёте Изабелле, сестре отца, в Эдинбург.Здесь он поступил в новую школу — так называемую Эдинбургскую академию(Edinburgh Academy), делавшую упор на классическоеобразование — изучение латинского, греческого и английского языков,римской литературы и Священного Писания.
 Поначалу учёба не привлекала Максвелла, однако постепенно онпочувствовал к ней вкус и стал лучшим учеником класса. В это время онувлёкся геометрией, делал из картона многогранники. Его пониманиекрасоты геометрических образов возросло после лекции художника ДэвидаРамзая Хея об искусстве этрусков. Размышления над этой темой привелиМаксвелла к изобретению способа рисования овалов. Этот метод,восходивший к работам Рене Декарта, состоял в использованиибулавок-фокусов, нитей и карандаша, что позволяло строить окружности(один фокус), эллипсы (два фокуса) и более сложные овальные фигуры(большее количество фокусов). Эти результаты были доложены профессоромДжеймсом Форбсом на заседании Эдинбургского королевского общества изатем опубликованы в его «Трудах». За время учёбы в академии Максвеллблизко сошёлся с одноклассником , впоследствии известнымфилологом-классицистом и биографом Максвелла, и будущим известнымматематиком Питером Гатри Тэтом, учившимся классом младше.

Эдинбургский университет. Фотоупругость(1847—1850)


 В 1847 году срок обучения в академии закончился, и в ноябре Максвеллпоступил в Эдинбургский университет, где слушал лекции физика Форбса,математика Филипа Келланда, философа Уильяма Гамильтона; изучалмногочисленные труды по математике, физике, философии, ставил опыты пооптике, химии, магнетизму. За время учёбы Максвелл подготовил статью окривых качения, однако основное внимание он уделял изучению механическихсвойств материалов при помощи поляризованного света. Идея этогоисследования восходит к его знакомству весной 1847 года с известнымшотландским физиком , который подарил ему два поляризационных приборасвоей конструкции (призмы Николя). Максвелл понял, что поляризованноеизлучение можно использовать для определения внутренних напряженийнагруженных твёрдых тел. Он изготавливал модели тел различных форм изжелатина и, подвергая их деформациям, наблюдал в поляризованном светецветные картины, соответствовавшие кривым направлений сжатия ирастяжения. Сравнивая результаты своих опытов с теоретическимирасчётами, Максвелл проверил многие старые и вывел новые закономерноститеории упругости, в том числе в тех случаях, которые были слишком сложныдля расчёта. Всего он решил 14 задач о напряжениях внутри полыхцилиндров, стержней, круглых дисков, полых сфер, плоских треугольников,сделав, таким образом, существенный вклад в развитие методафотоупругости. Эти результаты также представляли значительный интересдля строительной механики. Максвелл доложил их в 1850 году на одном иззаседаний Эдинбургского королевского общества, что стало свидетельствомпервого серьёзного признания его трудов.

Кембридж(1850—1856)



agraphУчёба вуниверситете
 В 1850 году, несмотря на желание отца оставить сына поближе к себе, былорешено, что Максвелл отправится в Кембриджский университет (все егодрузья уже покинули Шотландию для получения более престижногообразования). Осенью он прибыл в Кембридж, где поступил в самый дешёвыйколледж , получив комнату в здании самого колледжа. Однако он не былудовлетворён учебной программой Питерхауса, к тому же не былопрактически никаких шансов остаться в колледже после окончания обучения.Многие его родственники и знакомые, в том числе профессора Джеймс Форбси Уильям Томсон (будущий лорд Кельвин), советовали ему поступать вТринити-колледж; здесь же учились некоторые его шотландские друзья. Витоге после первого семестра в Питерхаусе Джеймс убедил отца внеобходимости перевода в Тринити.
 В 1852 году Максвелл стал стипендиатом колледжа и получил комнатунепосредственно в его здании. В это время он мало занимался научнойдеятельностью, зато много читал, посещал лекции Джорджа Стокса исеминары Уильяма Хопкинса, готовившего его к сдаче экзаменов, заводилновых друзей, писал ради забавы стихи (многие из них были впоследствииопубликованы Льюисом Кемпбеллом). Максвелл принимал активное участие винтеллектуальной жизни университета. Он был избран в «клуб апостолов»,объединявший двенадцать человек с самыми оригинальными и глубокимиидеями; там он выступал с докладами на самые различные темы. Общение сновыми людьми позволило ему компенсировать застенчивость и сдержанность,которые выработались у него за годы спокойной жизни на родине.Распорядок дня Джеймса также представлялся многим необычным: с семи утрадо пяти вечера он работал, затем ложился спать, вставал в половинедесятого и принимался за чтение, с двух до полтретьего ночи в качествезарядки бегал по коридорам общежития, после чего опять спал, уже досамого утра.
 К этому времени окончательно сформировались его философские ирелигиозные взгляды. Последние характеризовались значительнойэклектичностью, восходившей к годам его детства, когда он посещал какпресвитерианскую церковь отца, так и епископальную церковь тётиИзабеллы. В Кембридже Максвелл стал приверженцем теории христианскогосоциализма, развиваемой теологом Фредериком Денисоном Морисом, идеологом«широкой церкви» (broad church) и одним из основателей Рабочегоколледжа (Working Men's College). Считая главным способомсовершенствования общества образование и развитие культуры, Джеймспринимал участие в работе этого учреждения, читал там по вечерампопулярные лекции. Вместе с тем, несмотря на безусловную веру в Бога, онне был слишком религиозен, неоднократно получая предупреждения запропуски церковных служб. В письме своему другу Льюису Кемпбеллу,решившему избрать теологическую карьеру, Максвелл следующим образомранжировал науки: В каждой области знания прогресс пропорционаленколичеству фактов, на которых оно построено, и, таким образом, связан свозможностью получения объективных данных. В математике это просто.\textless\ldots\textgreater Химия — далеко впереди всех наукЕстественной Истории; все они — впереди Медицины, Медицина впередиМетафизики, Законоведения и Этики; и все они впереди Теологии. \ldotsясчитаю, что более приземлённые и материальные науки отнюдь не могут бытьпрезираемы в сравнении с возвышенным изучением Ума и Духа.
 В другом своём письме он так сформулировал принцип своей научной работыи жизни вообще: Вот мой великий план, который задуман уже давно, икоторый то умирает, то возвращается к жизни и постепенно становится всёболее навязчивым\ldots Основное правило этого плана — упрямо неоставлять ничего неизученным. Ничто не должно быть «святой землёй»,священной Незыблемой Правдой, позитивной или негативной.
 В январе 1854 года Максвелл сдал итоговый трёхступенчатый экзамен поматематике (Mathematical Tripos) и, заняв второе место в спискестудентов (Second Wrangler), получил степень бакалавра. Вследующем испытании — письменном математическом исследовании насоискание традиционной премии Смита — он решил задачу, предложеннуюСтоксом и касавшуюся доказательства теоремы, которая ныне называетсятеоремой Стокса. По итогам этого испытания он разделил премию со своимоднокурсником Эдвардом Раусом.

agraphТеорияцветов
 После сдачи экзамена Максвелл решил остаться в Кембридже для подготовкик профессорскому званию. Он занимался с учениками, принимал экзамены вЧелтенхем-колледже, заводил новых друзей, продолжал сотрудничать сРабочим колледжем, по предложению редактора Макмиллана начал писатькнигу по оптике (она так и не была закончена), а в свободное времяпосещал в Гленлэре отца, здоровье которого резко ухудшилось. К этому жевремени относится шуточное экспериментальное исследование по«котоверчению», вошедшее в кембриджский фольклор: его целью былоопределение минимальной высоты, падая с которой, кошка встаёт на четырелапы.
 Однако главным научным интересом Максвелла в это время была работа потеории цветов. Она берёт начало в творчестве Исаака Ньютона, которыйпридерживался идеи о семи основных цветах. Максвелл выступил какпродолжатель теории Томаса Юнга, выдвинувшего идею трёх основных цветови связавшего их с физиологическими процессами в организме человека.Важную информацию содержали свидетельства больных цветовой слепотой, илидальтонизмом. В экспериментах по смешиванию цветов, во многом независимоповторявших опыты Германа Гельмгольца, Максвелл применил «цветовойволчок», диск которого был разделён на окрашенные в разные цветасекторы, а также «цветовой ящик», разработанную им самим оптическуюсистему, позволявшую смешивать эталонные цвета. Подобные устройстваиспользовались и раньше, однако лишь Максвелл начал получать с ихпомощью количественные результаты и довольно точно предсказыватьвозникающие в результате смешения цвета. Так, он продемонстрировал, чтосмешение синего и жёлтого цветов даёт не зелёный, как часто полагали, арозоватый оттенок. Опыты Максвелла показали, что белый цвет не можетбыть получен смешением синего, красного и жёлтого, как полагали ДэвидБрюстер и некоторые другие учёные, а основными цветами являются красный,зелёный и синий. Для графического представления цветов Максвелл, следуяЮнгу, использовал треугольник, точки внутри которого обозначаютрезультат смешения основных цветов, расположенных в вершинах фигуры.

agraphПервая работа поэлектричеству
 К годам работы в Кембридже относится и первый серьёзный интересМаксвелла к проблеме электричества. Вскоре после сдачи экзамена, вфеврале 1854 года, он обратился к Уильяму Томсону с просьбойпорекомендовать литературу по этой тематике и порядок её чтения. В товремя, когда Максвелл приступил к исследованию электричества имагнетизма, существовали два взгляда на природу электрических имагнитных эффектов. Большинство континентальных учёных, таких как АндреМари Ампер, Франц Нейман и Вильгельм Вебер, придерживались концепциидальнодействия, рассматривая электромагнитные силы как аналоггравитационного притяжения между двумя массами, которые мгновенновзаимодействуют на расстоянии. Электродинамика, развитая этими физиками,представляла собой оформившуюся и строгую науку. С другой стороны, МайклФарадей, первооткрыватель явления электромагнитной индукции, выдвинулидею силовых линий, которые соединяют положительный и отрицательныйэлектрические заряды или северный и южный полюсы магнита. СогласноФарадею, силовые линии заполняют всё окружающее пространство, формируяполе, и обусловливают электрические и магнитные взаимодействия. Максвеллне мог принять концепцию действия на расстоянии, она противоречила егофизической интуиции, поэтому вскоре он перешёл на позиции Фарадея:
Что касается материальных наук, то именно они кажутся мне прямойдорогой к любой научной истине, касающейся метафизики, собственныхмыслей или общества. Сумма знаний, которая существует в этих предметах,берёт значительную долю своей ценности от идей, полученных путёмпроведения аналогий с материальными науками, а оставшаяся часть, хотя иважна для человечества, есть не научная, а афористическая. Основнаяфилософская ценность физики в том, что она даёт мозгу нечтоопределённое, на что можно положиться. Если вы окажетесь где-то неправы, природа сама сразу же скажет вам об этом.


agraphУстойчивость колецСатурна
 Что касается научной работы в Абердине, то поначалу Максвелл занималсяпроектированием «динамического волчка», который был создан по его заказуи демонстрировал некоторые аспекты теории вращения твёрдых тел. В 1857году в «Трудах Кембриджского философского общества» вышла его статья «Офарадеевских линиях силы» (On Faraday's lines of force),содержавшая результаты исследований по электричеству за несколькопредыдущих лет. В марте Максвелл разослал её крупнейшим британскимфизикам, в том числе и самому Фарадею, с которым завязалась дружескаяпереписка. Ещё одним вопросом, которым он занимался в это время, былагеометрическая оптика. В статье «Об общих законах оптических приборов»(On the general laws of optical instruments) былипроанализированы условия, которыми должен обладать совершенныйоптический прибор. Впоследствии Максвелл не раз возвращался к темепреломления света в сложных системах, применяя свои результаты к работеконкретных устройств.
 Однако значительно большее внимание Максвелла в это время привлекалоисследование природы колец Сатурна, предложенное в 1855 годуКембриджским университетом на соискание премии Адамса (работутребовалось завершить за два года). Кольца были открыты Галилео Галилеемв начале XVII века и долгое время оставались загадкой природы: планетаказалась окружённой тремя сплошными концентрическими кольцами,состоящими из вещества неизвестной природы (третье кольцо было открытонезадолго до этого Джорджем Бондом). Уильям Гершель считал их сплошнымитвёрдыми объектами. Пьер Симон Лаплас доказывал, что твёрдые кольцадолжны быть неоднородными, очень узкими и обязательно должны вращаться.Проведя математический анализ различных вариантов строения колец,Максвелл убедился, что они не могут быть ни твёрдыми, ни жидкими (впоследнем случае кольцо быстро разрушилось бы, распавшись на капли). Онпришёл к заключению, что подобная структура может быть устойчивой тольков том случае, если состоит из роя не связанных между собой метеоритов.Устойчивость колец обеспечивается их притяжением к Сатурну и взаимнымдвижением планеты и метеоритов. При помощи Фурье-анализа Максвелл изучилраспространение волн в таком кольце и показал, что при определённыхусловиях метеориты не сталкиваются между собой. Для случая двух колец онопределил, при каких соотношениях их радиусов наступает состояниенеустойчивости. За эту работу ещё в 1857 году Максвелл получил премиюАдамса, однако продолжал трудиться над этой темой, итогом чего сталаиздание в 1859 году трактата «Об устойчивости движения колец Сатурна»(On the stability of the motion of Saturn's rings). Эта работасразу получила признание в научных кругах. Королевский астроном ДжорджЭйри объявил её самым блестящим применением математики к физике, котороеон когда-либо видел. Позже, под влиянием методов кинетической теориигазов, Максвелл попытался развить кинетическую теорию колец, однако непреуспел в этом начинании. Эта задача оказалась гораздо сложнее, чем вслучае газов, из-за неупругости столкновений метеоритов и существеннойанизотропии распределения их скоростей. В 1895 году Джеймс Килер иАристарх Белопольский измерили доплеровский сдвиг разных частей колецСатурна и обнаружили, что внутренние части движутся быстрее, чемвнешние. Это стало подтверждением вывода Максвелла о том, что кольцасостоят из множества малых тел, подчиняющихся законам Кеплера. РаботаМаксвелла по устойчивости колец Сатурна считается «первой работойпо теории коллективных процессов, выполненной на современном уровне».

agraphКинетическая теория газов. РаспределениеМаксвелла
 Другим основным научным занятием Максвелла в это время сталакинетическая теория газов, основанная на представлениях о теплоте какроде движения частичек газа (атомов или молекул). Максвелл выступил вкачестве продолжателя идей Рудольфа Клаузиуса, который ввёл понятиясредней длины свободного пробега и средней скорости молекул(предполагалось, что в состоянии равновесия все молекулы имеют одну и туже скорость). Клаузиус же ввёл в кинетическую теорию элементы теориивероятностей. Максвелл решил заняться этой темой после прочтения работынемецкого учёного в выпуске журнала Philosophical Magazine зафевраль 1859 года, первоначально имея целью опровергнуть взглядыКлаузиуса, но затем признал их заслуживающими внимания и развития. Уже всентябре 1859 года Максвелл выступил на заседании Британской ассоциациив Абердине с докладом о своей работе. Результаты, содержавшиеся вдокладе, были опубликованы в статье «Пояснения к динамической теориигазов» (Illustrations of the Dynamical Theory of Gases), вышедшейв трёх частях в январе и июле 1860 года. Максвелл исходил изпредставления о газе как об ансамбле множества идеально упругих шариков,хаотически движущихся в замкнутом пространстве и сталкивающихся друг сдругом. Шарики-молекулы можно разделить на группы по скоростям, при этомв стационарном состоянии число молекул в каждой группе остаётсяпостоянным, хотя они могут менять скорость после столкновений. Из такогорассмотрения следовало, что в равновесии частицы имеют не одинаковуюскорость, а распределяются по скоростям в соответствии с кривой Гаусса(распределение Максвелла). С помощью полученной функции распределенияМаксвелл рассчитал ряд величин, играющих важную роль в явленияхпереноса: число частиц в определённом диапазоне скоростей, среднююскорость и средний квадрат скорости. Полная функция распределениявычислялась как произведение функций распределения для каждой изкоординат. Это подразумевало их независимость, что многим тогда казалосьнеочевидным и требовало доказательства (оно было дано позже).
 Далее Максвелл уточнил численный коэффициент в выражении для среднейдлины свободного пробега, а также доказал равенство средних кинетическихэнергий в равновесной смеси двух газов. Рассмотрев проблему внутреннеготрения (вязкости), Максвелл смог впервые оценить значение средней длиныпробега, получив правильный порядок величины. Другим следствием теориибыл казавшийся парадоксальным вывод о независимости коэффициентавнутреннего трения газа от его плотности, что было впоследствииподтверждено экспериментально. Кроме того, из теории непосредственноследовало объяснение закона Авогадро. Таким образом, в работе 1860 годаМаксвелл фактически построил первую в истории физики статистическуюмодель микропроцессов, которая легла в основу развития статистическоймеханики.
 Во второй части статьи Максвелл, в добавление к внутреннему трению,рассмотрел с тех же позиций другие процессы переноса — диффузию итеплопроводность. В третьей части он обратился к вопросу о вращательномдвижении сталкивающихся частиц и впервые получил законравнораспределения кинетической энергии по поступательным и вращательнымстепеням свободы. О результатах применения своей теории к явлениямпереноса учёный доложил на очередном съезде Британской ассоциации вОксфорде в июне 1860 года.

agraphПотерядолжности
 Максвелл был вполне доволен своим местом работы, которое требовало егоприсутствия только с октября по апрель; остальное время он проводил вГленлэре. Ему нравилась атмосфера свободы в колледже, отсутствие жёсткихобязанностей, хотя он, как один из четырёх риджентов (regent),должен был посещать иногда заседания сената колледжа. К тому же, раз внеделю в так называемой Абердинской научной школе (Aberdeen Schoolof Science) он читал платные лекции практической направленности дляремесленников и механиков, по-прежнему, как и в Кембридже, испытываяинтерес к обучению рабочих. Положение Максвелла изменилось в конце 1859года, когда вышло постановление об объединении двух абердинскихколледжей — Маришаль-колледжа и Кингс-колледжа — в рамкахАбердинского университета. В этой связи с сентября 1860 годаупразднялось место профессора, занимавшееся Максвеллом (объединённаякафедра была отдана влиятельному профессору Кингс-колледжа ДэвидуТомсону). Попытка выиграть конкурс на должность профессора натуральнойфилософии Эдинбургского университета, освободившуюся после ухода Форбса,провалилась: эту позицию получил его старый друг Питер Тэт. В началелета 1860 года Максвелл получил приглашение занять пост профессоракафедры натуральной философии лондонского Кингс-колледжа.

Лондон(1860—1865)



agraphРазличныеобязанности
 Лето и начало осени 1860 года до переезда в Лондон Максвелл провёл вродном имении Гленлэр, где тяжело заболел оспой и выздоровел лишьблагодаря заботам жены. Работа в Кингс-колледже, где делался упор наэкспериментальную науку (здесь были одни из лучших по оснащённостифизические лаборатории) и где обучалось большое число студентов,оставляла ему мало свободного времени. Впрочем, он успевал проводитьдомашние эксперименты с мыльными пузырями и цветовым ящиком, опыты поизмерению вязкости газов. В 1861 году Максвелл вошёл в состав Комитетапо эталонам, задачей которого было определение основных электрическихединиц. В качестве материала эталона электрического сопротивления былвзят сплав платины и серебра. Результаты тщательных измерений былиопубликованы в 1863 году и стали основанием для рекомендацииМеждународным конгрессом электриков (1881) ома, ампера и вольта вкачестве основных единиц. Максвелл продолжал также заниматься теориейупругости и расчётом сооружений, рассматривал методами графостатикинапряжения в фермах (теорема Максвелла), анализировал условия равновесиясферических оболочек, развивал методы построения диаграмм внутреннихнапряжений в телах. За эти работы, имеющие важное практическое значение,ему была присуждена премия Кейта (Keith Medal) Эдинбургскогокоролевского общества.

agraphПервая цветнаяфотография
 Файл:Tartan Ribbon.jpg\textbarleft\textbarthumb\textbar«Тартановая лента» — первая в мире цветная фотографияЛондонскоекоролевское общество наградило его медалью Румфорда за исследования посмешению цветов и оптике. 17 мая 1861 года на лекции в Королевскоминституте (Royal Institution) на тему «О теории трёх основныхцветов» Максвелл представил ещё одно убедительное доказательствоправильности своей теории — первую в мире цветную фотографию, идеякоторой возникла у него ещё в 1855 году. Вместе с фотографом былополучено три негатива цветной ленты на стекле, покрытом фотографическойэмульсией (коллодий). Негативы были сняты через зелёный, красный и синийфильтры (растворы солей различных металлов). Освещая затем негативычерез те же фильтры, удалось получить цветное изображение. Как былопоказано спустя почти сто лет сотрудниками фирмы «Кодак», воссоздавшимиусловия опыта Максвелла, имевшиеся фотоматериалы не позволялипродемонстрировать цветную фотографию и, в частности, получить красное изелёное изображения. По счастливому совпадению, полученное Максвелломизображение образовалось в результате смешения совсем иных цветов —волн в синем диапазоне и ближнем ультрафиолете. Тем не менее, в опытеМаксвелла содержался верный принцип получения цветной фотографии,использованный спустя многие годы, когда были открытысветочувствительные красители.

agraphТок смещения. УравненияМаксвелла
 Под влиянием идей Фарадея и Томсона Максвелл пришёл к выводу, чтомагнетизм имеет вихревую природу, а электрический ток —поступательную. Для наглядного описания электромагнитных эффектов онсоздал новую, чисто механическую модель, согласно которой вращающиеся«молекулярные вихри» производят магнитное поле, тогда как мельчайшиепередаточные «холостые колёса» обеспечивают вращение вихрей в однусторону. Поступательное движение этих передаточных колёс («частичекэлектричества», по терминологии Максвелла) обеспечивает формированиеэлектрического тока. При этом магнитное поле, направленное вдоль осивращения вихрей, оказывается перпендикулярным направлению тока, чтонашло выражение в обоснованном Максвеллом «правиле буравчика». В рамкахданной механической модели удалось не только дать адекватную нагляднуюиллюстрацию явления электромагнитной индукции и вихревого характераполя, порождаемого током, но и ввести эффект, симметричныйфарадеевскому: изменения электрического поля (так называемый токсмещения, создаваемый сдвигом передаточных колёс, или связанныхмолекулярных зарядов, под действием поля) должны приводить квозникновению магнитного поля. Ток смещения непосредственно привёл куравнению непрерывности для электрического заряда, то есть кпредставлению о незамкнутых токах (ранее все токи считались замкнутыми).Соображения симметрии уравнений при этом, видимо, не играли никакойроли. Знаменитый физик Дж. Дж. Томсон назвал открытие тока смещения«величайшим вкладом Максвелла в физику». Эти результаты былиизложены в статье «О физических силовых линиях» (On physical linesof force), опубликованной в нескольких частях в 1861—1862 годах.
 В той же статье Максвелл, перейдя к рассмотрению распространениявозмущений в своей модели, подметил сходство свойств своей вихревойсреды и светоносного эфира Френеля. Это нашло выражение в практическомсовпадении скорости распространения возмущений (отношенияэлектромагнитной и электростатической единиц электричества, определённойВебером и Рудольфом Кольраушем) и скорости света, измеренной ИпполитомФизо. Таким образом, Максвелл сделал решительный шаг к построениюэлектромагнитной теории света: Мы едва ли можем отказаться отвывода, что свет состоит из поперечных колебаний той же самой среды,которая является причиной электрических и магнитных явлений.
 Впрочем, эта среда (эфир) и её свойства не представляли первоочередногоинтереса для Максвелла, хотя он, безусловно, разделял представление обэлектромагнетизме как о результате применения законов механики к эфиру.Как отмечал по этому поводу Анри Пуанкаре, «Максвелл не даётмеханического объяснения электричества и магнетизма; он ограничиваетсятем, что доказывает возможность такого объяснения».
 В 1864 году вышла следующая статья Максвелла «Динамическая теорияэлектромагнитного поля» (A dynamical theory of the electromagneticfield), в которой была дана более развёрнутая формулировка его теории(здесь впервые появился сам термин «электромагнитное поле»). При этом онотбросил грубую механическую модель (подобные представления, попризнанию учёного, вводились исключительно «как иллюстративные, ане как объясняющие»), оставив чисто математическую формулировкууравнений поля (уравнения Максвелла), которое впервые трактовалось какфизически реальная система с определённой энергией. По-видимому, этосвязано с первым осознанием реальности запаздывающего взаимодействиязарядов (и запаздывающего взаимодействия вообще), обсуждаемогоМаксвеллом. В этой же работе он фактически предсказал существованиеэлектромагнитных волн, хотя, следуя Фарадею, писал лишь о магнитныхволнах (электромагнитные волны в полном смысле этого слова появились встатье 1868 года). Скорость этих поперечных волн оказалась равнаскорости света, и таким образом окончательно оформилось представление обэлектромагнитной природе света. Более того, в этой же работе Максвеллприменил свою теорию к проблеме распространения света в кристаллах,диэлектрическая или магнитная проницаемости которых зависят отнаправления, и в металлах, получив волновое уравнение с учётомпроводимости материала.

agraphЭксперименты по молекулярнойфизике
 Параллельно своим занятиям электромагнетизмом Максвелл в Лондонепоставил несколько экспериментов по проверке своих результатов вкинетической теории. Им был сконструирован специальный прибор дляопределения вязкости воздуха, и с его помощью он убедился всправедливости вывода о независимости коэффициента внутреннего трения отплотности (эти опыты он проводил вместе со своей женой). Впоследствиилорд Рэлей писал, что «во всей области науки нет более красивогоили многозначительного открытия, чем неизменность вязкости газа при всехплотностях». После 1862 года, когда Клаузиус выступил с критикой рядаположений теории Максвелла (особенно в отношении вопросовтеплопроводности), тот согласился с этими замечаниями и приступил кисправлению результатов. Однако вскоре он пришёл к заключению онепригодности метода, основанного на представлении о средней длинесвободного пробега, для рассмотрения процессов переноса (об этомговорила невозможность объяснения температурной зависимости вязкости).

Гленлэр(1865—1871)



agraphЖизнь впоместье
 В 1865 году Максвелл решил покинуть Лондон и вернуться в родное имение.Причиной этого стало желание больше времени уделять научной работе, атакже педагогические неудачи: ему никак не удавалось поддерживатьдисциплину на своих чрезвычайно сложных лекциях. Вскоре после переезда вГленлэр он тяжело заболел рожистым воспалением головы в результатеранения, полученного на одной из конных прогулок. После выздоровленияМаксвелл активно взялся за хозяйственные дела, перестройку и расширениесвоего поместья. Он регулярно посещал Лондон, а та