2016-04 HistoRik over ... James Clerk Maxwell


James Clerk MaxwellClerk Maxwell  ( 1831-1879 ) : Schotland’s Einstein

 

Wie electriciteit studeerde zal de naam Maxwell wel kennen van de eenheid van magnetische Flux, maar wie was de persoon erachter.

Maxwell hield zich bezig met astronomie, optiek, electriciteit en magnetisme. Velen beschouwen hem als een der grote wetenschappers tesamen met Newton en Einstein. Einstein zelf zei ooit :”Ik sta op de schouders van J.C. Maxwell”. Maxwell’s grootste ontdekking zijn de electromagnetische golven, die gaan van radiogolven over microgolven, lichtgolven tot gammastraling.

James Clerk Maxwell werd in 1831 geboren in de India Street van Edinburgh als enige zoon van John Clerk die er later Maxwell aan toevoegde voor erfenisrechten. Clerk en Maxwell waren nauw verwant en waren rijke en adellijke families. In hun afgelegen landgoed in Galloway, Schotland bouwden zij een landhuis Glenlair, maar voor de geboorte van James verbleven zij in Edinburgh voor de medische bijstand.

Zijn jeugd bracht hij dan wel door op het landgoed. Zijn moeder sterft op jonge leeftijd als hij 8 jaar was. Op 14-jarige leeftijd schreef hij al een verhandeling over de vormen van ovalen in de meetkunde. Hij experimenteert ook met licht en kleur en probeert er een mathematische verklaring aan te geven. In 1850 gaat hij naar de Universiteit van Cambridge en maakt er 3 verhandelingen over mathematica. In 1855 lanceert men er een rondvraag over de structuur van de ringen van Saturnus. Maxwell is de enige die een perfecte uitleg kan geven.

Er zijn drie mogelijkheden : vast, vloeibaar of deeltjes. Maxwell bewijst mathematisch  dat een vaste ring enkel een deel van de ring kan uitmaken en een vloeibare ring niet lang zou bestaan. Blijft dus enkel de theorie van de brokstukjes. Dit wordt pas in 1986 gezien door Voyager met zijn vele ringen en scheidingen. Een scheiding wordt ook naar hem genoemd alsook een ringetje van de binnenring C.

In 1856 wordt hij op zijn 25e professor in Aberdeen. Ook zijn vader sterft in dat jaar. Het was altijd zijn bedoeling om dichterbij zijn geliefd landgoed Glenlair zijn tijd door te brengen en die gelegenheid heeft hij nu. In de hogeschool heeft hij nauw contact met de directeur en ze wisselen veel van gedachten. Zo ontmoet hij ook de dochter Katherine en ze trouwen twee jaar later. Ze brengen veel tijd door in het landgoed en hij heeft er ook een werkplaats. Daar doet hij onderzoek naar het licht en zijn kleuren. Newton had dan wel de kleuren van de regenboog uit een prisma gehaald, maar deed nooit onderzoek naar het mengen ervan. Thomas Young (1773-1829) een fysicus, en beschreven als de laatste man die alles wist, had ooit geopperd dat het menselijk oog wel uit 3 sensoren zou bestaan. Maxwell begint dan kleuren te mengen aan de hand van een sneldraaiende schijf met de te onderzoeken kleuren. Zo staat hij ook afgebeeld op zijn standbeeld in Edinburgh. Rood en blauw geven magenta, rood geel en blauw geven niet het gewenst resultaat. Uiteindelijk vindt hij dat rood, groen en blauw het wit licht geven. Dat moeten dan de 3 basiskleuren zijn en om van daaruit alle andere kleuren samen te stellen. Voor ons is dat zo normaal, want al onze toestellen met een scherm zijn er op gebaseerd.

Door de fusie van twee scholen in Aberdeen, die later de universiteit worden, verliest Maxwell zijn job in 1860, maar kan een paar maanden later al aan de slag als professor in King’s College in Londen. Daar geeft hij in 1861 een voordracht over het inzicht van kleuren. Met drie projectoren met de basiskleurfilters projecteert hij 3 zwart-wit foto’s en bekomt aldus een kleurfoto.

In Londen ontmoet hij Faraday en samen bespreken ze veel over electriciteit en magnetisme. Electriciteit was al lang bekend van bliksems en magnetisme was gekend van het kompas. Ze vinden dat een elektrische stroom door een draad het magnetisch veld van een kompas verstoort en ook dat een bewegende magneet door een spoel electriciteit opwekt. Maxwell zoekt naar een mathematische uitleg van deze fenomenen en vindt vergelijkingen. Dat worden dan in 1865 zijn welbekende wetten van Maxwell. Door het koppelen van twee van deze wetten komt hij tot bepalen van het electromagnetisch veld.

Daaruit leidt hij af dat er electromagnetische golven bestaan en dat alles, zelfs zichtbaar licht, kan herleid worden tot die electromagnetische golven. Pas 20 jaar later geeft Hertz het fysisch bewijs door de radiogolven. Spijtig dat Maxwell zo jong gestorven is, misschien had alles een vroegere wending genomen en had hij een nog grotere status bekomen.

In 1871 krijgt hij de vraag om een laboratorium op te richten in Cambridge. Dit Cavendish Laboratory wordt functioneel in 1874 en Maxwell is er de eerste professor in Experimentele Fysica. Het is genoemd naar Henry Cavendish (1731-1810) en William Cavendish (1808-1891), Hertog van Devonshire en de toenmalige kanselier van de universiteit van Cambridge die ook een aanzienlijk bedrag schonk voor de oprichting. Henry Cavendish was de bekende natuur- en scheikundige die het gehalte zuurstof in de lucht ontdekt, waterstof ontdekt, een aanzet gaf tot vele wetten, waaronder de wet van Ohm, maar vooral voor het experiment voor het vastleggen van de gravitatiekracht en –constante waaruit dan de massa en densiteit van de aarde bepaald werd. Het Cavendish Laboratory wordt later wereldberoemd door de vele Nobelprijswinnaars die het heeft voortgebracht.

Maxwell sterft in 1879 op de leeftijd van 48 jaar aan buikkanker zoals zijn moeder die ook op dezelfde leeftijd stierf. Hij ligt begraven op het kerkhof van het dorpje Parton Kirk, Galloway, Schotland. Er stopte ooit eens twee bussen en de mensen vroegen waarom zij in dit dorpje kwamen. Ze antwoorden dat ze russische toeristen waren die het graf kwamen bezoeken van de Einstein van Schotland.

Er is een groot standbeeld van Maxwell in Edinburgh, en ook een bergketen op Venus is naar hem genoemd, maar er is ook de James Clerk Maxwell telescoop op 4000m op Mauna Kea in Hawai. Het is een radiotelescoop met een diameter van 15 meter, in gebruik sinds 1987, in het submillimeter golflengtegebied (dit is het ver-infrarood met een golflengte rond de Teraherz). Het is de grootste telescoop in dat gebied en dus zeker een duidelijk eerbetoon aan deze grote wetenschapper.