James Clerk Maxwell Kimdir? Einstein'ın, "Omuzlarında Yükseldiğini" Söylediği Kişiyi Daha Yakından Tanıyın!

James Clerk Maxwell, bilimsel çalışmaları ve keşifleri ile bilim dünyasına çok büyük katkılar sağlamış, çalışmalarını matematiksel fizik üzerine yoğunlaştırmış bilim insanıdır. Efendiliğinden hiçbir zaman ödün vermediği, çok iyi bir yüzücü olduğu ve ata bindiği de bilinir. Bilim çevrelerince, Einstein ve Newton gibi bilim devleri ile birlikte anılması gerektiği söylense de onlar kadar popüler olamamıştır. Einstein, Maxwell'i bir deha olarak görür; hatta Einstein'a, Newton'un omuzlarında durup durmadığı sorulduğunda, “Hayır, Maxwell'in omuzlarında…” diye yanıtlar.

Maxwell'in dehasını ve önemini kısaca şöyle özetlemek mümkündür: 19. yüzyılın ortalarında birçok fizikçi, elektrik ve manyetizma arasındaki ilişkinin gizemi üzerine kafa yoruyordu. James Clerk Maxwell, çözümü bulan isim oldu ve dönemin fizikçilerinin düşündüğünün aksine elektriğin sadece iletkenlerde olmadığını; her yerde ve hatta boş uzayda olabileceğini ileri sürdü. Ayrıca teorisi, elektrik akımının değişmesinin uzayda bir enerji dalgasının oluşmasını sağladığını öngördü. Sonrasında dalgaların hızını hesapladı ve elektriği ve manyetizmayı birleştirdi; hatta ışığı da elektromanyetik bir dalga olarak tanımladı, çünkü elektrik ve manyetizmadan doğan dalgaların hepsi ışık hızında hareket ediyordu. O dönemde çoğu fizikçi, Maxwell'in teorisinin doğru olduğunu düşünmedi. Yaklaşık 25 yıl sonra Heinrich Hertz, Maxwell'in teorisinin doğru olduğunu kanıtladı.

Bu teorinin önemi bizim için çok büyüktür, çünkü teknolojinin gelişmesinde ve bu noktaya gelmesinde en önemli etkendir. Dahası Maxwell'in teorisi, Evren'i anlamamızı sağlayan en temel doğa yasalarından biridir. Şöyle düşünün: Maxwell olmasaydı, günümüzde "elektromanyetizma" yerine "elektrik" ve "manyetizma" şeklinde iki ayrı yasadan söz ediyor olacaktık ve bunların birbirinin aynısı olduğunu fark edemeyecektik (ya da bunu fark etmemiz daha uzun sürecekti). Ayrıca Maxwell'in çalışmaları, Einstein'ın görelilik kuramının ve sonrasında Max Born gibi dehaların kuantum kuramının gelişmesini sağlamış ve bu kuramlara esin kaynağı olmuştur.

Maxwell'in hatırlanmasının önemli olmasının tek nedeni, elektrik ve manyetizma hakkındaki teorisi değildir. Sadece bir makalesi, çalışması veya teorisi olsaydı, belki sadece bununla hatırlanması makul olabilirdi, ama Maxwell, son derece üretken bir bilim insanıdır ve birçok diğer konuda da eserler üretmiştir. Elektrik ve manyetizma üzerinde çalışmamış olsa bile, yine de dahi bir bilim insanı olarak anılırdı çünkü nesiller boyu bilimin yuvası olacak Cavendish Laboratuvarı'nın tasarlanmasına katkıları ve kurucu direktörü olması, böylece elektron ve DNA'nın keşfine yol açması, renk görme sisteminin nasıl çalıştığını göstermesi ve ilk renkli fotoğrafı çekmesi, istatiksel yöntemleri fiziğe uyarlaması ve dahası gibi çalışmalara katkı sağlamış veya bizzat kendisi yapmıştır.

Bu tür başarılarına rağmen, diğer popüler bilim insanları kadar tanınmaması şaşırtıcıdır. Onu tanımıyor olmamız, bizim için büyük bir kayıptır. İnsanların genellikle bilim insanlarını düşündüğü gibi sıkıcı, ciddi, kibirli bir bilim insanı değildir ve Maxwell, bunun harika bir örneğidir: Maxwell, tipik "bilim insanı" tiplemesinin aksine son derece ilham verici, eğlenceli ve tamamen alçakgönüllü biriydi. Dolayısıyla biz bu yazımızda bu çok değerli bilim insanını daha yakından tanımanızı sağlamaya çalışacağız.

Meraklı Bir Çocukluk ve Yoğun Bir Eğitimle Geçen Bir Gençlik (1831-1847)

Maxwell, 13 Haziran 1831’de varlıklı bir ailenin çocuğu olarak İskoçya'nın Edinburgh şehrinde dünyaya geldi. Zeki ve meraklı bir çocuktu. Annesi onun eğitimi ile çok ilgileniyordu; fakat daha James 8 yaşındayken annesine karın kanseri teşhisi kondu. Onun için hüzünlü günler başlamıştı. Annesi tedavi edilmeye çalışıldı, ancak tedavisi başarısız oldu ve kısa bir süre içinde hayatını kaybetti.

University of Cambridge Digital Library

Bu olaydan sonra babası, onun özel bir eğitim alması gerektiğini düşündü. Bu yüzden onu mahalledeki 16 yaşındaki bir çocuğun yanına eğitim alması için gönderdi. James, eğitimini gerektiği gibi almamasından şikayetçiydi ve ezberci eğitim sisteminin ona işkence ettiğini düşündü. Bundan sonra eğitim hayatındaki ilk durağı Edinburgh Akademisi oldu.

Edinburgh Akademisi'ndeki diğer çocukların merak ve nefret dolu bakışları arasında ilgi odağı oluyordu. Bunun nedeni, Edinburgh Akademisi'ndeki hiçbir öğrencinin bu kadar fırfırlı, saçma sapan bir tüvit ceket ve pirinç tokalı tuhaf kare burunlu ayakkabılar giymiş bir öğrenci görmemiş olmasıdır. Çok kibar bir şekilde karşılanmadı ve daha ilk günden diğer öğrenciler tarafından dövüldü. Sıkıcı birine benziyordu, bu yüzden diğer öğrenciler ona İngilizce "aptal" anlamına gelen "daft" diyorlardı. Bir gün diğer öğrencilerin ona karşı tavırları yüzünden sinirlendi ve daha fazla dayanamadı, kendisiyle dalga geçen öğrencilere saldırdı ve o günden sonra öğrenciler onunla uğraşmayı bıraktılar. Eğitim hayatı kötü başlasa da bu, bir bilim insanı olarak hayatında hiçbir şeyden vazgeçmediğini gösteren ilk deneyimdi.

Wikipedia

Maxwell meraklı bir çocuktu. Bir şeyin nasıl çalıştığını keşfetmesi yeterli değildi, neden böyle çalıştığını sorgular ve anlamaya çalışırdı. Doğaya tutkuyla bağlıydı. Uzun süre kuşları, hayvanları izlemiş, ormanları, ağaçları, tarlaları araştırmış ve onları anlamaya çalışmıştır. Fırıncılıkla uğraştı, sepet yaptı, babasının araziyi iyileştirmesine ve planlamasına yardımcı oldu. Bunların hepsi ona bilimde çok faydalı olacak yaratıcılık ve deneyimler kazandırdı. Bir matematikçi ve fizikçi olarak bilinmesine rağmen, tarih ve coğrafyadan ve özellikle edebiyattan zevk alıyordu. Milton ve Shakespeare onun favorileriydi. Aile faaliyetleri ailesinde çok değerliydi. Genellikle roman ve şiir okurlar ya da yüksek sesle oyun oynarlardı. Din de onlar için çok önemliydi. Ailesi ile yaptığı bu faaliyetler, ailesi ile olan bağını güçlendirdi ve ona hayatının bir çok alanında kullanabileceği beceri ve deneyim kazandırdı.

İlk başta onu sınıftan alıkoyan iki şey vardı. İlki, tekrar eden Yunanca ve Latince alıştırmalardı. Diğeri ise konuşurken uzun kelimeler kullanması ve duraklamasıydı. James'in zihni her zaman düşünceler, fikirler ve sorularla doluydu. Ayrıntılı mekanik mekanizmalar ve diyagramlar çizerdi. Tabii bunların okulda hiçbir anlamı yoktu, çünkü ezbere dayalı bir eğitim sistemine sahip bir okula gidiyordu. Okulda yaşadığı sıkıntıları, Isabella teyzesinin evinde yaşamıyordu. Teyzesinin kütüphanesi çok zengin olduğu için orada okumalar yapar ve kısa sürede Jonathan Swift ve John Dryden eserlerini okumaya başladı.

Ayrıca James, çizmeyi de severdi. Kuzeni Jemima hem çizmeyi severdi hem de çizimde çok yetenekliydi. Bazen James ve Jemima yeteneklerini birleştirir ve eğlenceli bir şeyler yaratırlardı. Animasyonlu bir çizgi film gibi bir dizi görüntüyü, görüntüleri hızlı bir şekilde art arda görmeleri için bir çıkrık veya silindir üzerine yerleştirdiler. James makineleri tasarladı ve Jemima resimleri çizdi. Bu yetenekler muhteşem bir görüntü yarattı.

James'in hayatında önemli bir kişi olan Lewis Campbell, James'in sınıfında sevilen, zeki bir çocuktu. Lewis ve James bir arkadaşlık kurmaya yeni başlamışlardı. İlk defa fikirlerini paylaşabileceği, tartışabileceği bir arkadaşı vardı ve bu dostluk ömür boyu sürecekti. Kısa bir süre sonra James, fikirlerini açabileceği yeni bir arkadaş grubuna katıldı. Aralarında, ömür boyu arkadaş olduğu Peter Guthrie Tait vardı.

Maxwell’in ilgi alanı, arkadaşları ile karşılaştırıldığında çok genişti. Örneğin James, 14 yaşında, basit bir elipsin, iki odak noktasına olan mesafelerin toplamının sabit olduğu hareketli bir noktanın konumu olarak nasıl tanımlanabileceği ile ilgili çalışmasını yayınladı. Bu James'in bilim sahnesine ilk çıkışıydı. Kendisi daha çok küçük olduğu için, makalesi bir profesör tarafından Edinburgh Kraliyet Topluluğu'na sunuldu. Daha çocuk yaşta akademik çevrede de ses getirdi. Üniversite yaşına geldiğinde bilimin peşinden gideceğine şüphe yoktu ama babası onun hukuk okumasını istiyordu. Hemen karar vermesi gerekmiyordu, ancak üniversiteye ilk adımı, Philip Kelland'dan matematik, James Forbes'ten doğa felsefesi ve ünlü Sir William Hamilton'dan mantık okuyacağı Edinburgh Üniversitesi'ne kaydolmaktı. 1847’de Edinburgh Üniversitesi'nde, daha sonra 1850'de Cambridge Üniversitesi'nde dersler almaya devam etti.

Edinburgh Üniversitesi Yılları (1847-1850)

Maxwell, 16 yaşında akademiden ayrıldı ve İskoçya'nın en eski üniversitelerinden olan ve 1583'te kurulan Edinburgh Üniversitesi'nde dersler almaya başladı ve kısa süre sonra eğitimine orada devam etmeye karar verdi. Burada akademik nitelikleri çok yüksek olan hocalardan ders alma şansı buldu. Bugün Edinburgh Üniversitesi, dünyanın en iyi 10 üniversitesi arasında yer almaktadır. İlk bilimsel ürünlerini de bu dönemde vermeye başladı.

Üniversiteden boş zamanlarda, ağırlıklı olarak polarize ışığın özellikleri üzerinde deneyler yaptı. Çeşitli stresler ve polarize plazmalar ile jöle blokları kullanarak, fotoelastisiteyi keşfetti. Bu keşif, katı yapıların içindeki stres dağılımını belirlemenin bir yolu olarak kabul edildi.

Edinburgh Üniversitesi'ndeyken, biri Elastik Katıların Dengesi üzerine olan iki makaleye katkıda bulundu. Diğeri "Yuvarlanan Eğriler"di ve makaleyi kendisi sunmak için "hâlâ çok genç" olarak görülüyordu. Maxwell'in tanınması, bu gibi durumlar nedeniyle gecikmiş olsa da, çeşitli konularda yaptığı deneyler ve yazdığı makaleler göz önüne alındığında, onun çok yönlü bir bilim insanı olduğu açıktır.

Cambridge Üniversitesi'ndeki matematik öğretmeni William Hopkins, Maxwell için tanıştığı en olağanüstü insanlardan biri olduğunu, fizikle ilgili herhangi bir konuda yanlış düşünmesinin mümkün olmayacağını ancak analiz konusunda çok eksiklerinin olduğunu söylemişti. Bu Maxwell’in geometrik yöntemleri analitik yöntemlere tercih ettiğini gösteriyordu ve ilerideki bilimsel kariyerini de şekillendirecekti. Maxwell, 1854'te matematik diplomasıyla mezun oldu.

Maxwell'in Üniversite Sonrası Çalışmaları 

Cambridge Üniversitesi (1850-1856)

1850 kışında Maxwell, eğitimine Cambridge Üniversitesi'nde devam etmek için İngiltere'ye gitti. İlk başta Peterhouse'ye katıldı, ardından ikinci dönem başlamadan önce Trinity'ye geçti. Peterhouse ve Trinity, Cambridge Üniversitesi'nin kurucu kolejleridir. Trinity'de "Cambridge Havarileri" olarak bilinen seçkin ve gizli bir topluluğa katıldı.

Maxwell'in Hristiyan inancına ve bilimine olan araştırması ve ilgisi hızla büyüdü. 1854 yılında matematik bölümünden yüksek derece ile mezun oldu ve final sınavında 2. oldu. Aynı yıl, teorik fizik ve matematik alanındaki çalışmasıyla Smith Ödülü'ne layık görüldü; ancak ödülü Edward Routh ile paylaştı.

Maxwell, mezun olduktan hemen sonra Cambridge Felsefe Derneği'nde "Yüzeylerin Bükülerek Dönüşümü Üzerine" adlı makalesini ilan etti. Bu makale, onun matematikteki itibarını ispatlayan mihenk taşlarından biridir. Mezun olduktan sonra Maxwell, Trinity'de araştırma görevlisi olarak kalmaya karar verdi ve bilimsel araştırmalarına devam etmek için burs başvurusunda bulundu. Daha sonra Maxwell bir burs kazandı, ancak babasının sağlık sorunlarından dolayı bursu değerlendiremedi.

Maxwell'in Renkler ve Işık Üzerine İlk Çalışmaları

Renklerle ilgili özellikler Maxwell'in çocukluğundan beri ilgi alanındaydı. 1855'te James Forbes tarafından icat edilen bir renk tekeri ilgisini çekmişti. Teker; kırmızı, yeşil ve mavi renklerinden oluşuyor ve döndürüldüğünde renk spektrumu çoğalıyordu; fakat bu, Maxwell'e göre mükemmel değildi. Maxwell, spektrumun herhangi bir rengini oluşturmak için gereken her bir birincil rengin miktarları için matematiksel ifadeler tanımladı.

1855'te Edinburgh Kraliyet Cemiyeti'ne "Renk Üzerine Deneyler" adlı makalesini sundu. Bu makalede beyaz ışığın kırmızı, yeşil ve mavi ışıktan oluştuğu ve renk kombinasyonunun ilkelerini ortaya koydu. Bu, günümüzde çok basit gibi görünse ve ilköğretim fen kitaplarında basit deneylerle anlatılsa da çok önemli şeylerin temelidir - ve o zamanlarda bilinmemekteydi! Örneğin, bu yazıyı okuduğunuz cihazın ekranı bile bu prensiplere dayanarak ışık renklerini ve tabii ki beyaz ışığı oluşturmaktadır. Maxwell'in ortaya çıkardığı renk üçgeni, bugünkü RGB (Red, Green, Blue) renk modelinin öncüsüdür.

ABDN

Fotoelastisite

Fotoelastisite, malzeme üzerindeki gerilme dağılımlarıını gösteren bir özelliktir. Fotoelastik malzemeler basınca maruz kaldığında, polarize ışıkta gözlemlenebilen iç gerilmeler gelişir. Titreşim düzlemi, normal olarak iki düzlemde titreşen ışığın polarizör adı verilen bir maddeden geçirilmesiyle çıkarılır. Bu yöntemle polarize ışık altında oluşan renkli saçak desenleri incelenerek stresli bir malzemedeki gerilmeler analiz edilebilir.

Maxwell, yaptığı deneyler sonucunda fotoelastisite hakkında keşifler yaptı ve bulduğu denklemlere Maxwell Denklemleri adı verildi. Bu denklemler, "Maxwell Denklemleri" olarak bilinen meşhur elektromanyetizma denklemleriyle karıştırılmamalıdır. Fotoelastisite denklemleri aşağıdaki gibidir:

$n_1-n_0=c_1{\sigma }_1+c_2({\sigma }_2+{\sigma }_3)$

$n_2-n_0=c_1{\sigma }_2+c_2({\sigma }_3+{\sigma }_1)$

$n_3-n_0=c_1{\sigma }_3+c_2({\sigma }_1+{\sigma }_2)$

Profesörlük Yılları

Marischal Koleji, Aberdeen (1856-1860)

1856'da Aberdeen'deki Marischal Koleji'nde doğa felsefesi kürsüsüne başvurdu. Babası, ihtiyaç duyduğu referansları sağladı. Ancak babası, oğlunun atandığını göremeden ne yazık ki vefat etti. Bu, Maxwell için çok büyük bir kayıptı. Genel olarak mantıklı bir insan olmasına rağmen, aynı zamanda duygusal biriydi ve Maxwell, annesini yitirdikten sonra babası ile çok yakınlaşmıştı.

Maxwell, Marischal Koleji'ne profesör olarak atandı. 25 yaşında bir profesör olmak, o zaman bile zordu. Maxwell, ayrıca kısa bir süre içinde bölüm başkanı olarak atandı. Aynı yıl, Edinburgh’un matematik alanında en büyük ödülü olan Straiton Altın Madalyası ile ödüllendirildi.

Satürn'ün Halkaları

Maxwell, uzun zamandır bilim insanlarının odak noktası olmayan bir soruna kendisini adadı: Satürn halkaları. Satürn'ün halkalarının nasıl dengede kaldığını araştırmak için iki yıl harcayan Maxwell, şunları kanıtladı: Katı bir halka, kararlı olmaz ve sıvı bir halka, yerçekimi ve akışkanlık nedeni ile birleşmeye meyilli olmalıdır. Bunlardan yola çıkarak, Satürn'ün halkasının birbirinden bağımsız sayısız küçük parçacıktan oluşması gerektiğini savundu.

1859'da "Satürn'ün halkalarının hareketinin kararlılığı üzerine" makalesini ilan ederek, o dönemin parasıyla 130 dolar ikramiye ile gelen Adams Ödülü'nü aldı. Maxwell'in Satürn'ün halkalarıyla ilgili araştırmalarına ve hesaplamalarına dayanarak bu makaleyi yazmasından yaklaşık 120 yıl sonra, 1977'de gönderilen Voyager uzay aracı Satürn'ün yanından geçtiğinde, Maxwell’in önerilerinin doğru olduğu ortaya çıktı. Satürn'ün halkaları gerçekten de birçok bağımsız küçük katı parçacıktan oluşuyordu, yani Maxwell haklıydı. Uzay aracı bir şeyi daha ortaya çıkardı: Satürn'ün halkaları hiç de sanıldığı gibi sabit değildi, uzun sürse bile gezegenin yerçekimine yenik düşeceklerdi.

Wikimedia

1858'de, Marischal Koleji müdürünün kızı Katherine Mary Dewar ile evlendi. Çiftin çocuğu yoktu ve Maxwell'in biyografi yazarı olan arkadaşı Lewis Campbell, evliliklerini "benzeri görülmemiş bir bağlılık" olarak nitelendirdi. 1860 yılında Marischal Koleji ve King's College'ın birleşmesi sonucunda birkaç pozisyona başvuran Maxwell, King's College'da Doğa Felsefesi Kürsüsüne atandı ve burada profesörlük yapmaya başladı.

King's Koleji’nde Geçen Beş Verimli Yıl (1860–1865)

James Clerk Maxwell'in en verimli yılları, King's College'da çalıştığı yıllar oldu. 1860 yılında renkler üzerine yaptığı çalışmalarla Kraliyet Topluluğu'nun (İng: "Royal Society") Rumford Madalyasını kazandı ve Cemiyet'e seçildi. Ayrıca üç renkli analiz ve sentez üzerine yaptığı çalışma ile Büyük Britanya Kraliyet Enstitüsü'nde (İng: "Royal Institution") tarihteki ilk renkli fotoğrafı ilan etti. Bu dönemde elektrik ve manyetizma alanında çalışmalar yaptı. 1861'de yayınlanan "Fiziksel Kuvvet Çizgileri Üzerine" adlı makalesinde, elektrik ve manyetik alanların doğasını inceledi. Şimdi bu gelişmelere biraz daha yakından bakalım.

Maxwell-Boltzmann Dağılımı'nın Ortaya Çıkışı

1859-1866 yılları arasında James Clerk Maxwell, gaz parçacıklarının hızlarının dağılımları teorisini geliştirdi. 1860 yılındaki çalışmalarını gazların kinetik teorisi üzerine yoğunlaştırdı. Bu konu üzerine çalışmaları, daha sonra Ludwig Boltzmann’a öncülük edecekti. Boltzmann, bir gazın sıcaklığının atomların veya moleküllerinin hareketi ile nasıl ilişkili olduğunu açıklayan ve daha sonra Maxwell-Boltzmann Dağılımı adı verilen dağılımı geliştirdi.

Wikidata

Maxwell'in kinetik teorisinde, ısılar sadece moleküler hareketi içerir. Bu teori termodinamik yasalarını genelleştirdi, ayrıca termodinamik gözlemleri ve deneyleri öncekinden daha iyi açıkladı.

Renkli Fotoğrafın Mucidi: Maxwell

James Clerk Maxwell renk görme ile ilgileniyor, insan gözünün renkleri nasıl görebildiğini merak ediyordu. Maxwell'e kadar kimse insan gözünün renkleri nasıl algıladığını açıklamamıştı. Sadece Thomas Young, insan gözünün ara renkleri oluşturan ana renkleri algılayan alıcılara sahip olduğunu iddia etmişti. Ancak Thomas Young teorisini kanıtlayamadı.

James Clerk Maxwell renk çemberleri ile deneyler yaptı ve insan gözüne düşen ışığın renginin birincil renk reseptörleri tarafından algılandığını kanıtladı. Ayrıca renklerin mavi, kırmızı ve yeşilin sentezi ile oluştuğunu ve ara renklerin sentezlenmesi için ana renklerin ne oranda karıştırılması gerektiğini hesapladı.

Maxwell, 1861 yılında Londra’daki Kraliyet Kurumu’na konuşma yapması için davet edildi. Bu davette Maxwell, insan gözünün ana renkler olan kırmızı, yeşil ve maviye duyarlı hücrelerinin olduğunu, bu yüzden çok farklı renkleri görmemizi sağladığını açıkladı. Ardından üç tane kurdele fotoğrafı alarak bunları kırmızı, yeşil ve mavi filtrelerle duvara yansıttığında, izleyicilerin şaşkınlık içinde kaldığı çeşitli renklerden oluşmuş kurdele görseli oluştu. Bu tarihteki ilk renkli fotoğraftır.

Wikipedia

Elektromanyetizma ve Maxwell Denklemleri

Maxwell'in sonraki işi, daha önce Faraday’ın öne sürdüğü elektrik ve manyetizma arasındaki bağlantıyı kanıtlamak oldu. Bu fikri matematiksel olarak geliştirirken ortaya çıkan denklemler, manyetizma ve elektriğin birbirine bağlı olduğunu gösteriyordu.

1861'de James Clerk Maxwell, insanlığın elektromanyetizma bilgisini 20 değişkenli 20 diferansiyel denkleme indirgedi. Çalışmasını Fiziksel Kuvvet Çizgileri Üzerine başlığıyla yayınladı. Maxwell, bu ünlü 20 denklemi, hayatının sonuna kadar bir ders kitabına dönüştürecekti.

1862'de King's College'da verdiği bir ders sırasında elektromanyetik dalgaların hızını hesapladı ve yaklaşık olarak ışık hızına eşit olduğunu keşfetti (sonradan, birebir aynı olduğu ortaya çıkmıştır). Bu durumun tesadüf olmadığını ifade ederek, şöyle dedi:

Işığın, elektrik ve manyetik olayların nedeni olan aynı ortamın enine dalgalanmalarından oluştuğu sonucuna varmaktan pek de kaçınamayız.

Daha sonradan bu denklemleri 4 basit forma indirgeyen Maxwell'in denklemleri, karmaşık oldukları için ilk zamanlarda çok fazla ilgi görmedi. Ama sonrasında X ışınları, radar, televizyon ve iletişim araçlarının keşiflerin önünü açmıştır, modern dünyayı mümkün kılmıştır. Maxwell bu denklerimlerinin ilk hallerini 1861-1862 yılları arasında yayınladı. Daha sonra bunlara Maxwell Denklemleri adı verildi.

All About Circuits

Gauss Yasası'na göre elektrik yükleri bir elektrik alan üretir ve bu yasa fiziksel ve matematiksel çözümlemelerde kullanılır. Gauss'un Manyetik Yasası kapalı bir yüzeyden geçen net manyetik akının sıfır olduğunu gösterir. Faraday'ın Endüksiyon Yasası'na göre zamanla değişen manyetik alan elektrik alan üretir. Amper'in Devre Yasasının Maxwell Doğrulaması'na göre, akımlar ve zamanla değişen elektrik alanları manyetik alan üretir.

Albert Einstein New Scientist dergisinin bir sayısında (1991, sayı 130) şöyle der:

Özel Görelilik Teorisi, kökenini Maxwell'in elektromanyetik alan denklemlerine borçludur.

Yine Einstein, BBC'nin Maxwell için hazırladığı BBC History programında şunları söyler:

James Clerk Maxwell'in çalışması dünyayı sonsuza dek değiştirdi.

Ünlü fizikçi Richard Feynman 1964'de yayınlanan The Feynman Lectures on Physics'de (1964), Maxwell denklemleri hakkında şunları söyler söyler:

İnsanlık tarihine uzunca bir bakış atıldığında; örneğin bundan on bin yıl sonrasında, 19. yüzyılın en önemli olayının Maxwell'in elektrodinamik yasalarını keşfi olarak değerlendirileceği konusunda çok az şüphe olabilir.

King's Koleji’nden Sonraki Yıllar (1865-1879)

Maxwell 1865 yılında King's Koleji'nden istifa etti ve doğduğu topraklara yani İskoçya'nın Glenlair bölgesine geri döndü. 1866 yılında Gazların Kinetik Teorisi üzerine çalışmaya devam etti.

İskoçya'ya döndükten sonra Londra’ya gitmeye devam eden Maxwell, Cambridge Üniversitesi'ndeki Matematik sınavları için dış denetçi olarak görev yaptı. 1867 yılının ilkbahar ve yaz aylarında İtalya gezisinde olan Maxwell, zamanının çoğunu elektrik ve manyetizma konusundaki meşhur tezini yazmak için kullandı.

Aynı yıl geliştirdiği Maxwell'in Cini Deneyi, termodinamiğin ikinci yasasını ihlal eden bir cin içeren bir düşünce deneyidir. Bu düşünce deneyinde izole edilmiş bir gaz odasında, bir cin, odayı ikiye bölen bir kapıyı kontrol eder. Cin, kapıyı kontrol ederek gaz odasındaki sıcak parçacıkları bir odaya ve gaz odasındaki soğuk parçacıkları başka bir odaya toplamayı amaçlar. Bu düşünce deneyinde şu sonuca varılabilir: Cin veya henüz keşfedilmemiş bir mekanizma, entropiyi azaltabilir ve termodinamiğin ikinci yasasını ihlal edebilir.

1868'de yayınlanan Regülatörler Üzerine (On Governors) adlı makalesinde, buhar motoru düzenleyicilerinin davranışını matematiksel olarak ifade etmiştir. Bu makalesinde santrifüjlü regülatörü dinamik olarak analiz etti ve sistem gecikmelerinin kararsız davranışa ve aşırı telafiye neden olabileceği kendi kendine salınım olgusunu tanımladı ve analiz etti. Maxwell'in bu çalışmaları aynı zamanda kontrol mühendisliğinin de temelini oluşturmaktadır.

1870 yılında, kafes tasarımlarının sertliği üzerine Karşılıklı Şekiller, Çerçeveler ve Kuvvet Diyagramları Üzerine makalesini yayınladı. Maxwell 1871 yılında, Cambridge Üniversitesi'nde kurulan Cavendish Fakültesi'nde Fizik Profesörü olarak çalışmaya başladı.

1873 yılında, Treatise on Electricity and Magnetism (Elektrik ve Manyetizma Üzerine Bir İnceleme) başlıklı çalışmasını yayınladı. Bu yayın, 19. yüzyıl matematiğinin en büyük başarılarından biri olarak kabul edilir. Maxwell, önsözünde, ana görevinin Faraday’ın fiziksel fikirlerini matematiksel forma dönüştürmek olduğunu belirtir. Maxwell'in teorisi sekiz yıl sonra, 1887’de Heinrich Hertz tarafından kullanıldı. Hertz, elektromanyetik dalgaların bir laboratuvarda üretilebileceğini öne sürmüştü. Sonuç olarak ortaya çıkan radyo ve televizyon endüstrisi, Maxwell’in yayınladığı çalışmalar olmaksızın imkansızdı.

Maxwell'in Erken Ölümü

1879 yılında Maxwell, tekrar eden hastalıklara yakalanmaya başladı. O yıl astronom David Todd'a yazdığı bir mektupta yutmakta zorluk çektiğini belirtti. Yutma güçlüğü, ölümüne neden olacak ölümcül hastalığın ilk erken belirtisiydi: kanser! Maxwell, 5 Kasım 1879'da 48 yaşındayken hayata gözlerini yumdu. Annesi de aynı yaşta kanserden ölmüştü. Maxwell hiçbir kamu ödülü almadı. İskoçya'nın Patron köyündeki bir kilisenin bahçesine sessizce gömüldü.

Wikimedia

Sonuç

Newton'la başlayarak ve Maxwell'e kadar, fiziksel gerçekliklerin tanımlaması, mekanik terimler ve kavramlarla yapılmıştı. Maxwell manyetik alan teorisi kavramını ortaya koyarak, Maxwell Denklemleri'ni geliştirdi. Bu dört anlamlı denklem; elektrik, manyetizma ve ışığı bir araya getirerek elektromanyetik radyasyon teorisini oluşturur. Yani Maxwell, doğanın temel güçlerini bir araya getiren ilk bilim insanı olmuştur. Radyo, televizyon, radar, mikrodalga fırın ve termal görüntüleme gibi günümüzdeki kullanılan aletlerin çalışma prensiplerinin yolu Maxwell'in denklemlerinden geçer. Ayrıca Maxwell'in kişisel nezaketinden ve cömertliğinden sıkça bahsedilir.