“Ackor monda az Isten…”

A legnagyobb skót, James Clerk Maxwell születésének száznyolcvanadik évfordulójára.

Leon Lederman Nobel-díjas fizikus szerint a zseniális felfedezés egy diákpólóra nyomtatva is elfér. Ez a meghatározás tökéletesen illik Galileo Galilei képletére a gyorsuló tárgyak által megtett útról vagy Albert Einstein tömeg-energia összefüggésére. Az viszont lélegzetelállító bravúr, hogy néhány képlettel leírható három tudományterület, a villamosság, a mágnesség és az elektromágneses tér valamennyi tulajdonsága.  Ez a nem mindennapi teljesítmény egy rövid életű skót fizikus, James Clerk Maxwell nevéhez fűződik. 

 Az egyik legősibb skót nemesi család, a Penicuik grófjainak utolsó sarja. Édesapja, John Clerk már polgárinak is nevezhető tevékenységet folytatott, ügyvédként dolgozott. James Clerk 1831. június 13.-án Edinburghban, szülei egyetlen gyermekeként látta meg a napvilágot. Származása okán és a korabeli szokásoknak megfelelően iskolába nem járt, édesanyja tanította meg a betűvetés és az alaptudományok fortélyaira.   Gyermekkorának legnagyobb tragédiája, hogy alig múlt nyolc éves, amikor elvesztette édesanyját, ettől kezdve apja az egyetlen támasza, aki szerencsére támogatja őt tudományos ambíciói megvalósításában. Ugyanis már kiskorától kezdve élénk érdeklődést mutatott a természeti jelenségek iránt, ennek megfelelően az Edinburghi Egyetemre jelentkezik, tizenhat éves, amikor felveszik. Annál is inkább, mivel két évvel korábban már egy tanulmányt jelentet meg, amelyben a matematikai függvényeket mechanikai ábrával ? spárgák segítségével ? mutatja be.

Hamarosan bebizonyítja, hogy méltó a bizalomra: tizennyolc évesen két eszmefuttatást is megjelentet a Királyi Társaság (Royal Society) lapjában, az egyik a szilárd testek rugalmasságáról, a másik a fénytörésről szól. Ekkor még aligha sejti, hogy épp a fényelmélet lesz élete legnagyobb alkotása.  A következő évben már kontinensünk talán legjelentősebb egyetemén, Cambridge-ben folytatja tanulmányait. Hamar felfigyelnek kivételes matematikai képességeire, amelyek az idő tájt egyáltalán nem jellemezték a fizikusokat. Elegendő csak a legnagyobb kísérletezőre, Michael Faradayra, az angol tudományos akadémia tagjára  utalni, aki úgy fedezte fel a villamosság, az elektrokémia és az elektromágnesesség valamennyi törvényszerűségét, hogy csupán ékes angol nyelven tudta leírni, mivel eredetileg könyvkötő volt, ennek megfelelően a tudományok királya, a matematika számára ismeretlen területet jelentett. A tudománytörténet talán legszebb mozzanata, ahogyan Maxwell felnézett a nála negyven évvel idősebb nagy kísérletezőre, miközben Faraday leplezetlenül csodálta ifjú kollégája szellemi teljesítményét. Ilyen viszonyok között természetesnek vehető, hogy huszonöt évesen már az aberdeeni egyetem rendes tanára. 1860-ban átcsábítják Londonba ahol a King´s College tanára lesz. Az itt töltött fél évtized élete legtermékenyebb időszaka. Elsőként a színes látás elméletével foglalkozik. Thomas Young azt már 1806-ban megállapította, hogy az emberi szemben kis fényerő esetén a pálcikák alakítják ki a képet, nagyobb fényerőnél a csapocskák lépnek működésbe, ezekből viszont csak háromfajta van: a piros, a kék és a zöld színre érzékeny. Ebből a felismerésből alakul ki másfél évszázaddal később ? Goldmark C. Péter jóvoltából – a színes televízió. Viszont Maxwell is végrehajtott egy nem mindennapi bravúrt: mivel feltételezte, ha három színszűrőn keresztül készít egy-egy fekete-fehér képet egy tárgyról, ezt színesként lehet reprodukálni. Emiatt rábeszélte a fényképész Thomas Suttont egy a kísérletre. Amikor diavetítővel egymásra másolták az ugyancsak piros, kék és zöld színszűrőn keresztül az egyes képeket, megkapták az eredeti színeket. 

A világ első színes vetített képe

 Maxwell forradalmi gondolatára jellemző, hogy még a közelmúltban is használták a vetítettképes televíziót, amely épp az ő ötletére épülve a három alapszínből rakta össze a vászonra vagy a falra vetített képet. Ezt követően az elektromágneses sugárzás kötötte le a figyelmét. Bevallottan az volt a célja, hogy a nagy elődök, de elsősorban Michael Faraday kísérleti kutatásait próbálja matematikai módszerekkel leírni. Kezdetben húsz egyenletet állított fel, mindegyikben egy-egy változóval. Érezte, hogy ez túl bonyolult, emiatt fokozatosan egyszerűsítette a képleteket, mígnem négyre sikerült redukálnia. Méghozzá olyan szenzációs módon, hogy ezek egyesítették a villamosságot a mágnességgel és pontosan leírták az elektromágnesség minden tulajdonságát! A négy, laikusok számára érthetetlennek tűnő formula közül az első az elektromos tér forrásáról szól, amely bebizonyítja, hogy az erővonalak a pozitív töltésből indulnak és a negatív töltéseken végződnek. A második leírja Faraday 1831-es indukciós törvényét, amely szerint a mágneses tér változása elektromos teret indukál, a harmadik igazolja, hogy a mágneses tér forrásmentes, erővonalai önmagukba záródnak, míg az utolsó azt írja le, hogy a változó elektromos tér mágneses teret hoz létre. 

 Ez már önmagában is kivételes szellemi teljesítmény, viszont Maxwell tovább gondolta a fizikai folyamatot: ha az elektromos és a mágneses tér változása elválaszthatatlan, akkor egymásba alakulnak. Az egyenletek pedig megmutatták: az elektromágneses térben a mágneses és az elektromos térerősség merőleges egymásra. A szerző, később csodálatosnak elnevezett egyenleteit eredetileg 1862.-ben publikálta az On Physical Lines of Force című cikkében, majd a tudományos akadémia, vagyis a Királyi Társaság tagjaival is megismertette. Faradayt teljesen lenyűgözi vele, annál is inkább, mivel minden idők legnagyobb kísérleti fizikusa egy pillanat alatt felismeri, hogy nemcsak az ő, de Gauss, Lenz és Ampére idevágó felismeréseit is magukba foglalják. A harminchárom éves ifjú tudós ezzel feljut a tudomány Olümposzára. Az igazi meglepetés pedig csak ezután következik: az egyenletekből meghatározható az elektromágneses hullámzás sebessége, ami nagyjából háromszázmillió méternek, azaz háromszázezer kilométernek  találtatik másodpercenként. Maxwell pontosan érzi, hogy ez nem lehet véletlen, így aztán 1865-ben leírja a döntő jelentőségű sorokat: ?Ez az érték közel van a fénysebességhez, ami azt mutatja, hogy erős okunk van feltételezni, hogy a fény is (beleértve a hő és egyéb sugárzásokat) egy elektromágneses hullám, ami elektromágneses mezőben terjed?.  Sejtésének igazolását már nem érte meg: hét évvel a halála után, 1886-ban bizonyította be Heinrich Hertz Maxwell zseniális feltételezésének igazságtartalmát. A nagyjelentőségű tudományos felfedezések iránti tisztelet szép példája, hogy Mexikóban bankjegyen is megjelent e két zseni, Heinrich Hertz és James Clerk Maxwell arcképe.

1865-ben döntő lépésre szánja el magát: felmondja egyetemi állását, hogy skóciai birtokára visszavonulva csak az elméleti kutatásoknak szentelje életét. Talán érzi, hogy mindössze tizennégy éve van még hátra.

Elektromágneses elmélete mellett egyik fontos felismerése, hogy bizonyítani tudta, a Holdnak amiatt nem lehet légköre, mivel a molekulák közepes sebessége nagyobb, mint a második kozmikus sebesség. Ez viszont már másik kutatási területe, a kinetikus gázelmélet terén végzett megállapításaiból következett.

Tudni érdemes, hogy a tizenkilencedik század végéig csak feltételezték a tudósok, hogy egyáltalán vannak atomok és molekulák, ezért meglehetősen nagy ellenállásba ütközött Maxwell azon elmélete, hogy a gázok nyomását és közepes energiáját abból vezesse le, hogy a légmolekulák mintegy apró golyókként ide-oda cikáznak, ütköznek egymással, egy dinamikus rendszert alkotnak. Még tizenegy évvel fiatalabb kollégáját, Ludwig  Boltzmannt, aki Maxwell elméletét továbbgondolta, is amiatt üldözték el 1900-ban a bécsi egyetemről, mivel  lehetetlenné tették Maxwell elmélete továbbfejlesztett változatának hirdetését. Pedig négy évvel korábban, 1896.-ban John Joseph Thomson megtalálta az első atomi részecskét, az elektront, ami minden kétséget kizáróan bizonyította, hogy atomok és molekulák igenis léteznek. Hamarosan beköszöntött a fizika forradalma, az új idők új dalnokai leghatásosabb fegyvereinek egyike épp a Maxwell-Boltzmann féle kinetikus gázelmélet volt. Ebből nőtt ki hamarosan a kis energiájú részecskékre érvényes Einstein-Bose eloszlás, majd az atomok és elemi részecskék legfőbb típusát, a bozonok viselkedését leíró Fermi-Dirac eloszlás, amivel a tudomány eljutott a kvantummechanika korába. Így aztán aligha csodálható, hogy Maxwell munkásságának jelentőségét a legnagyobb skót tudós századik születésnapja alkalmából maga Albert Einstein eme szavakkal méltatta: ?Maxwell munkássága a legmélyebb és leggyümölcsözőbb, amit a fizika tapasztalt Newton kora óta?.

Maxwell tudományszervezőként is maradandót alkotott: 1871-ben meghívták a cambridge-i egyetemre, hogy megszervezze a Cavendish laboratóriumot. Munkájának minőségét mutatja, hogy a későbbiek folyamán a világ legjelentősebb tudományos központjává vált: huszonkilenc Nobel-díjast adott az emberiségnek! Maxwell itt dolgozott egészen 1879. november 5.-én bekövetkezett haláláig. Mindössze negyvennyolc évet élt.

Bár megházasodott, gyermeke nem született, így utolsó volt a Penicuik grófjainak sorában.

Életrajzát egykori iskolatársa és barátja, Lewis Campbell filológiaprofesszor jelentette meg 1882-ben. De az igazi szenzációt ugyanebben az évben kiadott költeményei jelentették, ugyanis korábban a legszűkebb környezetén kívül senki sem sejtette, hogy irodalommal is foglalkozik. Összegyűjtött munkáit a Cambridge Egyetem 1890-ben adta ki. Az utókor sem feledkezett meg róla: a cgs rendszerben a mágneses fluxust róla nevezték el maxwellnek (jele: Mw), hazájában több egyetemi épület és a legnagyobb csillagászati távcső viseli a nevét, a Cavendish Laboratóriumhoz a Maxwell út vezet. Ami a legérdekesebb: a Vénuszon egyetlen olyan természeti képződmény van, ami férfi nevét viseli: a Maxwell hegység.

Mivel az általa megalkotott egyenletek a fény minden tulajdonságát leírják, sírkövére az Ótestamentum harmadik versének parafrázisa került ? ahogy Károli Gáspár számunkra magyarította – ?Ackor monda az Isten ? – az idézet további része ?légyen világosság, és lőn világosság? helyett – Maxwell négy egyenlete. Ennél nagyobb megtiszteltetés tudóst nem érhet.

MINDEN VÉLEMÉNY SZÁMÍT!

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöljük.

A következő HTML tag-ek és tulajdonságok használata engedélyezett: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>