من كان جيمس كليرك ماكسويل؟ أعظم فيزيائي ربما لم تسمع به من قبل

بالعربي/ غير هذا العالم طريقة فهمنا للضوء. وربما لم تسمع به من قبل.

الجميع معجب بألبرت أينشتاين ، ولسبب وجيه: اخترع ما لا يقل عن أربعة مجالات جديدة للفيزياء ، ونسج نظرية جديدة تمامًا للجاذبية من نسيج خياله ، وعلمنا الطبيعة الحقيقية للزمان والمكان. لكن من كان آينشتاين معجبًا به؟

جيمس كليرك ماكسويل. منظمة الصحة العالمية؟ أوه ، إنه العالم الوحيد المسؤول عن شرح القوى الكامنة وراء الراديو في سيارتك ، والمغناطيس في الثلاجة ، وحرارة يوم صيفي دافئ وشحنة البطارية.

في البداية

معظم الناس ليسوا على دراية بماكسويل ، العالم الإسكتلندي ومتعدد المواهب في القرن التاسع عشر. ومع ذلك ، ربما كان أعظم عالم في جيله وأحدث ثورة في الفيزياء بطريقة لم يكن أحد يتوقعها. في الواقع ، لقد استغرق الأمر سنوات حتى أدرك أقران ماكسويل كم كان رائعًا وصحيحًا.

في ذلك الوقت ، كانت الخصائص الغريبة والمحيرة للكهرباء والمغناطيسية من أهم نقاط الاهتمام العلمي . بينما كانت القوتان معروفتين للبشرية منذ آلاف السنين ، فكلما زاد عدد العلماء الذين درسوا هذه القوى ، بدت أغرب.

عرف القدماء أن بعض الحيوانات ، مثل الثعابين الكهربائية ، يمكن أن تصدمك إذا لمستها وأن بعض المواد ، مثل العنبر ، يمكن أن تجذب الأشياء إذا قمت بفركها. كانوا يعلمون أن البرق يمكن أن يشعل الحرائق. لقد وجدوا صخورًا تبدو سحرية ، تسمى أحجار لودستون ، يمكن أن تجذب أجزاء من المعدن. وقد أتقنوا استخدام البوصلة ، وإن كان ذلك دون فهم كيفية عملها.

بحلول الوقت الذي تدخل فيه ماكسويل ، كانت مجموعة متنوعة من التجارب قد توسعت حول غرابة هذه القوى. اكتشف علماء مثل بنجامين فرانكلين أنه يمكن تخزين الكهرباء من البرق. وجد لويجي جالفاني أن اندفاع الكائنات الحية بالكهرباء جعلها تتحرك. 

في غضون ذلك ، وجد العلماء الفرنسيون أن الكهرباء التي تتحرك أسفل السلك يمكن أن تجذب – أو تتنافر ، اعتمادًا على اتجاه التدفق – سلكًا آخر وأن الكرات المكهربة يمكن أن تجتذب أو تتنافر بقوة تتناسب مع مربع فصلها.

الأمر الأكثر إثارة للدهشة هو أنه يبدو أن هناك رابطًا غريبًا بين الكهرباء والمغناطيسية. يمكن أن تؤدي الأسلاك المكهربة إلى انحراف حركة البوصلة. يمكن أن يؤدي بدء تدفق الكهرباء في أحد الأسلاك إلى تحفيز تدفق الكهرباء في سلك آخر ، حتى لو لم تكن الأسلاك موصولة. التلويح بمغناطيس يمكن أن يولد الكهرباء.

كان كل هذا رائعًا للغاية ، لكن لم يكن لدى أحد أي فكرة عما يحدث.

الموحِّد العظيم

ثم جاء ماكسويل. لقد سمع عن كل هذا الارتباك الكهربائي والمغناطيسي أثناء عمله على مشكلة أخرى: كيف تعمل رؤية الألوان . (في الواقع ، اخترع الصورة الملونة). 

في غضون سنوات قليلة فقط ، تصور ماكسويل الفيزياء والرياضيات اللازمة لشرح جميع التجارب المتعلقة بالكهرباء والمغناطيسية.

للقيام بذلك ، كان عليه فقط التفكير كعالم المستقبل.

اليوم ، تعتمد الفيزياء الحديثة على مفهوم المجال ، وهو كيان يمتد عبر كل المكان والزمان ويخبر الأشياء الأخرى كيف تتحرك. في حين أن ماكسويل لم يكن أول من تصور مثل هذا المجال ، فقد كان أول من وضعه في العمل وتحويله من خدعة رياضية مريحة إلى كيان مادي حقيقي.

على سبيل المثال ، تصور ماكسويل قوى الكهرباء والمغناطيسية ليتم نقلها وتوصيلها بواسطة المجالات الكهربائية والمغناطيسية. قال ماكسويل إن الشحنات الكهربائية ستنتج مجالًا كهربائيًا يحيط بها. يمكن لأي شحنات أخرى أن تشعر بهذا المجال ، وبناءً على قوة المجال واتجاهه ، ستعرف كيفية الاستجابة لقوة الشحنة الأصلية.

نفس الشيء ينطبق على المجال المغناطيسي ، وذهب ماكسويل خطوة أخرى إلى الأمام. لقد أدرك أن المجالين الكهربائي والمغناطيسي وجهان لعملة واحدة: لم تكن الكهرباء والمغناطيسية قوتين منفصلتين ومتميزتين ، ولكنهما مجرد تعبيرين عن نفس القوة الكهرومغناطيسية الموحدة. لا يمكنك التفكير في الكهرباء دون التفكير أيضًا في المغناطيسية والعكس صحيح.

دع النور يعبر إلى هناك

أخذت رؤى ماكسويل شكل 20 معادلة مترابطة ، والتي ، بعد بضع سنوات ، تم تقليصها إلى أربع معادلات كهرومغناطيسية لا تزال تُدرس للعلماء والمهندسين حتى اليوم. أعقبت ثورته أول توحيد للفيزياء قام به إسحاق نيوتن ، حيث انضمت جاذبية الأرض إلى جاذبية السماوات بموجب قانون واحد ، وأصبحت معادلات ماكسويل تُعرف باسم التوحيد العظيم الثاني في الفيزياء.

كانت رؤية ماكسويل هائلة – من كان سيخمن أن الكهرباء والمغناطيسية ليسا مرتبطين فقط ، لكنهما متماثلان؟ تدور الفيزياء الحديثة حول إيجاد مبادئ موحدة لوصف مساحات شاسعة من الظواهر الطبيعية ، وقد أخذ ماكسويل فريق التوحيد إلى المستوى التالي.

لكن ماكسويل لم يتوقف عند هذا الحد. لقد أدرك أن تغيير المجالات الكهربائية يمكن أن يحفز المجالات المغناطيسية ، والعكس صحيح. لذلك بدأ على الفور في التساؤل عما إذا كان مثل هذا الإعداد يمكن أن يكون معززًا ذاتيًا ، حيث سيخلق مجال كهربائي متغير مجالًا مغناطيسيًا متغيرًا ، والذي يمكن أن يخلق مجالًا كهربائيًا متغيرًا وما إلى ذلك.

أدرك ماكسويل أن هذه ستكون موجة – موجة كهرومغناطيسية. شرع في حساب سرعة هذه الموجات الكهرومغناطيسية ، مستخدمًا قوى قوى الكهرباء والمغناطيسية ، وبرزت … سرعة الضوء .

من خلال تقديم مفهوم المجال لتحليل الكهرباء والمغناطيسية ، اكتشف ماكسويل أن الضوء – بجميع أشكاله ، من الأشعة تحت الحمراء ، إلى موجات الراديو ، إلى ألوان قوس قزح – كان في الحقيقة موجات من الإشعاع الكهرومغناطيسي .

بمجموعة واحدة من المعادلات ، قفزة واحدة رائعة من الحدس والبصيرة ، وحد ماكسويل ثلاثة عوالم عظيمة من الفيزياء: الكهرباء والمغناطيسية والبصريات. لا عجب أن أينشتاين أعجب به.

المصدر/ livescience.comالمترجم/barabic.com