Чтение онлайн

К современному виду – системе четырех дифференциальных уравнений – их независимо друг от друга привели ученые Оливер Хевисайд и Генрих Герц. Опираясь на свои уравнения, Максвелл предсказал существование электромагнитных волн, показал, что скорость их распространения в вакууме равна скорости света, и сделал вывод о том, что свет имеет электромагнитную природу. Эйнштейн так охарактеризовал роль работ Максвелла: «Тут произошел великий перелом, который навсегда связан с именами Фарадея, Максвелла, Герца. Львиная доля в этой революции принадлежит Максвеллу… После Максвелла физическая реальность мыслилась в виде непрерывных, не поддающихся механическому объяснению полей… Это изменение понятия реальности является наиболее глубоким и плодотворным из тех, которые испытала физика со времен Ньютона».

Но вернемся вновь к биографии Джеймса Максвелла. В 1856 году он получил известие о болезни отца, из-за чего ему пришлось покинуть Кембридж и искать новую работу поближе к дому. Он предложил свою кандидатуру на пост профессора физики в Маришал-колледже – одном из колледжей Абердинского университета. В конце апреля ходатайство Максвелла было удовлетворено. По злой иронии судьбы за месяц до этого его отец умер.

В Абердине изучение электромагнитных явлений временно отошло на второй план. Максвелл занимался широким кругом разнообразных научных вопросов, в частности, вернулся к вопросам оптики и физиологии зрения. В 1857 году одним из колледжей Кембриджа был объявлен конкурс на лучшее исследование колец Сатурна. Джеймс выиграл конкурс, написав превосходную работу, в которой, в частности, математически показал, что кольца могут быть устойчивы только в том случае, если они состоят из большого числа не связанных между собой тел.

В 1859 году Максвелл женился на Кэтрин Мэри Дьюар, дочери главы Маришал-колледжа. Сведений о личной жизни ученого сохранилось очень немного. Причиной тому, по большей части, является пожар, произошедший в Гленлэре в 1929 году – как полагают, в огне могли погибнуть материалы, содержащие сведения биографического характера. Кроме того, Максвелл всегда отличался скромностью и застенчивостью. Он вел уединенный образ жизни и не любил говорить о своей семье.

В 1860 году Маришал-колледж объединился с Королевским колледжем, и Максвелл временно остался без места. Но в этом же году он был принят в Лондонское королевское общество и получил приглашение возглавить кафедру физики в Королевском колледже Лондонского университета. Несмотря на то что преподавательская нагрузка на новом месте была значительно больше, чем в Абердине, шесть лет, проведенные Максвеллом в Лондонском университете, стали, пожалуй, самыми плодотворным периодом его жизни. Он занимался не только описанными выше исследованиями электрических и магнитных явлений. Ученый, например, продолжил свои оптические изыскания. В 1861 году Максвелл получил первое в мире цветное изображение, спроецировав на экран красный, зеленый и синий диапозитив. Тем самым была не только доказана трехкомпонентная гипотеза цветного зрения, но и заложена основа для создания в будущем цветной фотографии. Кроме того, ученый создал один из первых приборов для количественного измерения цвета – так называемый диск Максвелла.

Но, конечно же, наибольшее значение имеют работы английского ученого по кинетической теории газов, на которых и следует остановиться подробнее. Осенью 1859 года, еще будучи преподавателем Маришал-колледжа, Максвелл выступил с докладом «Пояснения к динамической теории газов». В нем он впервые привел названное позже его именем распределение молекул по скоростям, позволяющее «определить среднее число частиц, скорости которых лежат в определенных пределах». При этом Максвелл отказался от взглядов Даниила Бернулли и Рудольфа Клаузиуса, считавших, что скорости всех молекул газов при одной температуре одинаковы. Таким образом, Максвелл не только стал одним из основателей молекулярно-кинетической теории газов, но и первым ученым, который ввел в физические исследования элементы статистики. Кинетическая теория, можно сказать, развязала руки Максвеллу и другим физикам. На ее основании ученый объяснил закон Авогадро, рассчитал зависимость вязкости газа от скорости и длины свободного пробега молекул, определил средний размер молекул. В 1866 году Максвелл опубликовал работу «Динамическая теория газов», в которой обобщил свои открытия в данной области. Также важную роль сыграл знаменитый эксперимент с «демоном Максвелла». Находясь в перегородке, разделяющей на две части термически изолированный сосуд, «демон Максвелла» – гипотетическое устройство или существо – пропускает в одну из полостей быстрые или «горячие» молекулы и не пропускает медленные («холодные»). Таким образом, абстрактно можно представить себе условия, при которых ставится под сомнения второе начало термодинамики. В дальнейшем «демон Максвелла» привел Людвига Больцмана к выведению статистической интерпретации второго закона термодинамики.

К 1865 году здоровье Джеймса Максвелла сильно ухудшилось. В связи с этим он оставил кафедру в Лондоне и поселился в своем поместье. Здесь ученый работал над фундаментальным трудом «Трактат по электричеству и магнетизму», который был опубликован в 1873 году. В книге были собраны все сведения по этому вопросу, накопленные научным миром к тому моменту: от самых первых данных до преставлений самого Максвелла и его современников.

В 1871 году Кембриджский университет предложил Максвеллу возглавить кафедру экспериментальной физики. При ней ученый организовал великолепную лабораторию, названную в честь Генри Кавендиша [94] (деньги на строительство лаборатории выделил потомок Кавендиша). Лаборатория была официально открыта 16 июня 1874 года. После Максвелла в разные времена ее возглавляли знаменитейшие физики и химики: Рэлей, Томсон, Резерфорд и другие. В стенах основанной Максвеллом Кавендишской лаборатории было сделано громадное количество открытий мирового значения.

В 1874–1879 годах Джеймс Максвелл работал над рукописями Кавендиша – талантливейшего ученого-экспериментатора, который оставил около двадцати томов записок, опубликовав всего две статьи. Результатом этой работы стала книга «Электрические исследования Генри Кавендиша», которая не только позволила оценить вклад выдающегося ученого в развитие физики и химии, но и заполнила серьезный пробел в истории науки.

Немало сделал Джеймс Максвелл и как популяризатор науки. Его книги «Теория теплоты в элементарной обработке», «Материя и движение» и «Электричество в элементарном изложении» способствовали распространению физических знаний и новых научных идей не только в Англии, но и в других странах.

По свидетельствам студентов, в мае 1879 года Максвелл выглядел очень больным, но продолжал читать лекции. Лето он провел в Гленлэре вместе с супругой, здоровье которой также находилось не в лучшем состоянии. К началу октября ученый едва мог ходить, но, тем не менее, вернулся в Кембридж и продолжил преподавание. А 5 ноября Джеймс Максвелл умер. Причиной смерти стал рак. Несмотря на сильные боли, вызванные болезнью, Максвелл до конца своих дней сохранял удивительную бодрость духа. Его врач говорил: «Я никогда не видел человека, встретившего смерть так спокойно и рассудочно». Похоронен Максвелл рядом с церковью в деревушке неподалеку от Гленлэра.

Нередко исследователи и простые обыватели задаются вопросом, нужно ли создавать одаренному человеку особые условия для реализации его талантов. Иногда можно услышать суждения о том, что гений в любом случае найдет свое место в жизни. Мы, конечно же, не собираемся отстаивать справедливость этого, по меньшей мере, спорного утверждения. Кто знает, сколько потенциальных «Платонов и быстрых разумом Невтонов» остались безвестными крестьянами, ремесленниками, солдатами? Но профессор Амстердамского и Лейденского университетов, член Нидерландской и Парижской академий, нобелевский лауреат Йоханнес Дидерик Ван-дер-Ваальс является ярчайшим примером гениального ученого, который нашел свое место в науке вопреки условиям среды, его окружавшей.

Будущий ученый родился 23 ноября 1837 года в Лейдене. Его отец, Якобус Ван-дер-Ваальс, был плотником, мать, урожденная Элизабет Ван-ден-Бург, также происходила из семьи ремесленников. Интересно, что сохранившиеся хроники Лейдена позволяют проследить предков Ван-дер-Ваальсов вплоть до XVII века. И все они были трудолюбивыми ремесленниками.

Всего в семье плотника родилось десять детей, из которых Иоханнес был старшим. Вряд ли можно говорить о том, что воспитание в трудовой семье ничего не дало будущему ученому. Из среды потомственных тружеников он вынес необычайное трудолюбие, упорство, преданность выбранному делу, требовательность к себе. Но все эти качества далеко не сразу смогли компенсировать нехватку систематического образования, которое Ван-дер-Ваальсы своим детям, разумеется, дать не могли. Да, видимо, и не считали нужным: зачем образование потомственному ремесленнику? Так или иначе, но в гимназию мальчика не отдали. Со временем это создало очень серьезные проблемы – не зная классических языков, Йоханнес не мог поступить в университет. К счастью, в те времена Нидерланды были уже весьма просвещенным государством, и это дало Иоханнесу некоторые шансы, которыми он сумел воспользоваться.

Ван-дер-Ваальс учился в обыкновенной школе. В Голландии тогда существовала традиция: лучшие ученики становились так называемыми «ученическими учителями». Они преподавали те или иные предметы более слабым однокашникам и младшим ученикам. Стоит ли говорить, что Иоханнес Ван-дер-Ваальс учился просто блестяще. В 15 лет он стал преподавать в школе. В таком непрочном статусе будущий ученый находился довольно долго. Только в 1860 году, прослушав специальный курс и сдав сложный экзамен, он получил «акт», утвердивший его в звании учителя.

Как мы уже отмечали, поступить в университет Ван-дер-Ваальс не мог. Но с 1862 по 1865 год он на правах вольного слушателя посещал Лейденский университет, где изучал математику, физику, астрономию. Параллельно Йоханнес готовился к еще одному экзамену – на должность преподавателя так называемых повышенных гражданских школ, недавно открытых в Голландии. Он превосходно сдал экзамены и теперь мог преподавать физику и математику в повышенных школах. Уже 21 сентября 1864 года, после первого экзамена, Ван-дер-Ваальса утвердили в должности преподавателя физики повышенной гражданской школы города Девентера.