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James Clerk Maxwell

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James Clerk Maxwell

James Clerk Maxwell

James Clerk Maxwell (13. Juni 1831 – 5. November 1879) war ein schottischer Physiker und Mathematiker, der für die klassische Theorie der elektromagnetischen Strahlung verantwortlich war.

James Clerk Maxwell (1831–1879) war ein schottischer Physiker und Mathematiker, der für die Formulierung der klassischen Theorie der elektromagnetischen Strahlung bekannt war. Diese bahnbrechende Theorie war die erste, die Elektrizität, Magnetismus und Licht vereinte und sie als verschiedene Manifestationen eines einzigartigen zugrunde liegenden Phänomens darstellte. Seine Gleichungen für den Elektromagnetismus stellten nach Isaac Newtons erster Errungenschaft die zweite große Vereinheitlichung der Physik dar. Darüber hinaus spielte Maxwell eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung der statistischen Mechanik.

James Clerk Maxwell (13. Juni 1831 – 5. November 1879) war ein schottischer Physiker und Mathematiker, der für die klassische Theorie der elektromagnetischen Strahlung verantwortlich war, die als erste Theorie Elektrizität, Magnetismus und Licht als unterschiedliche Erscheinungsformen desselben Phänomens beschrieb. Maxwells Gleichungen für den Elektromagnetismus stellten die zweite große Vereinheitlichung in der Physik dar, während die erste von Isaac Newton verwirklicht worden war. Maxwell war auch maßgeblich an der Entwicklung der statistischen Mechanik beteiligt.

Im Jahr 1854 schloss Maxwell das Trinity College in Cambridge ab, zeichnete sich in Mathematik aus und erhielt den Smith’s Prize. Er setzte seine Arbeit kurzzeitig in Cambridge fort und veröffentlichte erste mathematische Forschungen und optische Untersuchungen, wobei er sich insbesondere auf die Prinzipien der Farbkombination und Farbenblindheit konzentrierte. Anschließend besetzte er den Lehrstuhl für Naturphilosophie am Marischal College in Aberdeen. Dort führte ihn seine Forschung zu den Saturnringen dazu, deren Zusammensetzung aus unzähligen kleinen Teilchen genau vorzuschlagen, eine Leistung, für die er 1859 mit dem Adams-Preis ausgezeichnet wurde. Während dieser Zeit heiratete er Katherine Mary Dewar, die ihn bei seiner Laborforschung unterstützte. Von 1860 bis 1865 war er Professor für Naturphilosophie am King’s College London, wo er seine Theorie elektromagnetischer Felder weiterentwickelte. Seine Veröffentlichung „A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field“ aus dem Jahr 1865 zeigte, dass sich elektrische und magnetische Felder als Wellen mit Lichtgeschwindigkeit durch den Raum ausbreiten. Diese Arbeit ging davon aus, dass Licht selbst eine Welle innerhalb desselben Mediums ist, das für elektrische und magnetische Phänomene verantwortlich ist. Diese Vereinigung von Licht- und Elektrophänomenen gipfelte in seiner Vorhersage von Radiowellen.

Maxwell war der Pionier bei der Ableitung der Maxwell-Boltzmann-Verteilung, einer statistischen Methode zur Charakterisierung von Aspekten der kinetischen Theorie von Gasen, einem Thema, das er im Laufe seiner Karriere immer wieder verfolgte. Im Jahr 1861 stellte er das erste dauerhafte Farbfoto vor und demonstrierte, dass durch Mischen der drei Grundfarben Rot, Grün und Blau jede beliebige Farbe erzeugt werden konnte, und legte damit die Grundlage für das Farbfernsehen. Seine Forschung umfasste auch die Analyse der Steifigkeit von Stab-Gelenk-Fachwerken, allgemein bekannt als Fachwerkträger, die im Brückenbau weit verbreitet sind. Er entwickelte die moderne Dimensionsanalyse und trug zur Etablierung des CGS-Messsystems bei. Er war der Erste, der die Chaostheorie verstand und das Konzept des Schmetterlingseffekts hervorhob. Seine Arbeit On Governors aus dem Jahr 1863 legte einen entscheidenden Grundstein für die Kontrolltheorie und Kybernetik und stellte die früheste mathematische Analyse von Kontrollsystemen dar. 1867 führte er das als Maxwells Dämon bekannte Gedankenexperiment ein, das den Einfluss von Informationen auf die thermodynamische Entropie untersucht. In seiner bahnbrechenden Arbeit On the Dynamical Theory of Gases aus dem Jahr 1867 stellte er das Maxwell-Modell zur Charakterisierung des viskoelastischen Materialverhaltens vor und entwickelte die Maxwell-Cattaneo-Gleichung zur Beschreibung des Wärmetransports innerhalb eines Mediums.

Im Jahr 1871 kehrte Maxwell nach Cambridge zurück, übernahm die erste Position des Cavendish-Professors für Physik und überwachte den Bau des Cavendish Laboratory. Seine umfangreiche Arbeit führte dazu, dass er als Pionier der modernen Elektrotechnik anerkannt wurde. Seine Entdeckungen waren maßgeblich an der Einleitung der Ära der modernen Physik beteiligt und legten den Grundstein für Bereiche wie die Relativitätstheorie – ein Begriff, den er in die Physik einführte – und die Quantenmechanik.

Leben

Frühes Leben (1831–1839)

James Clerk Maxwell wurde am 13. Juni 1831 in der 14 India Street in Edinburgh geboren. Seine Eltern waren John Clerk Maxwell aus Middlebie, ein Anwalt, und Frances Cay, Tochter von Robert Hodshon Cay und Schwester von John Cay. (Sein Geburtsort dient derzeit als Museum, das von der James Clerk Maxwell Foundation verwaltet wird.) Sein Vater, der aus der wohlhabenden Clerk-Familie von Penicuik stammte, hatte die Baronetz des Clerk of Penicuik inne. Der Bruder seines Vaters war der sechste Baronet. Der als „John Clerk“ geborene Vater fügte seinem Nachnamen „Maxwell“ hinzu, nachdem er 1793 als Kleinkind das Middlebie-Anwesen, ein Maxwell-Anwesen in Dumfriesshire, geerbt hatte. James war ein Cousin ersten Grades sowohl der Künstlerin Jemima Blackburn (Tochter seiner Tante väterlicherseits) als auch des Bauingenieurs William Dyce Cay (Sohn seines Onkels mütterlicherseits). Cay und Maxwell pflegten eine enge Freundschaft, wobei Cay bei seiner Hochzeit als Trauzeuge für Maxwell fungierte.

Maxwells Eltern heirateten Ende dreißig; Seine Mutter war zum Zeitpunkt seiner Geburt fast 40 Jahre alt. Sie hatten zuvor eine Tochter, Elizabeth, gehabt, die im Kindesalter starb.

Während Maxwells früher Kindheit zog seine Familie nach Glenlair, Kirkcudbrightshire, einem Anwesen mit einer Fläche von 1.500 Acres (610 ha), das seine Eltern angelegt hatten. Es gibt Hinweise darauf, dass Maxwell schon in jungen Jahren eine unstillbare Neugier besaß. Im Alter von drei Jahren löste jedes Objekt, das sich bewegte, Licht ausstrahlte oder Geräusche erzeugte, seine Frage aus: „Was ist da los?“ In einer Ergänzung zu einem Brief seines Vaters an seine Schwägerin Jane Cay aus dem Jahr 1834 beschrieb seine Mutter diese inhärente Neugier:

Er ist ein sehr glücklicher Mann und hat sich seit dem gemäßigten Wetter stark verbessert; Er hat großartige Arbeit mit Türen, Schlössern, Schlüsseln usw. und „Zeig mir, wie es geht“ kommt ihm nie aus dem Mund. Er untersucht auch den verborgenen Verlauf von Bächen und Glockendrähten, die Art und Weise, wie das Wasser vom Teich durch die Mauer gelangt....

Bildung (1839–1847)

Maxwells Mutter Frances erkannte das Potenzial seines Sohnes und übernahm die Verantwortung für seine frühe Erziehung, eine Rolle, die in viktorianischen Haushalten typischerweise von Frauen übernommen wurde. Mit acht Jahren konnte er umfangreiche Passagen von John Milton und den gesamten 119. Psalm, bestehend aus 176 Versen, rezitieren. Sein Wissen über die heiligen Schriften war besonders umfassend und ermöglichte es ihm, für fast jedes Zitat aus den Psalmen Kapitel und Verse zu zitieren. Im Dezember 1839, als Maxwell acht Jahre alt war, erlag seine Mutter nach einer erfolglosen Operation einem Bauchkrebs. Anschließend wurde seine Ausbildung von seinem Vater und der Schwägerin seines Vaters, Jane, betreut, die beide sein Leben maßgeblich beeinflussten. Seine erste formelle Schulausbildung unter der Anleitung eines 16-jährigen angestellten Lehrers erwies sich als erfolglos. Über diesen Lehrer gibt es kaum Informationen, abgesehen von seiner harten Behandlung des jungen Maxwell, den er wegen seiner Langsamkeit und Ungehorsam tadelte. Der Lehrer wurde im November 1841 entlassen. Am 12. Februar 1842 brachte James‘ Vater ihn zu Robert Davidsons Demonstration des elektrischen Antriebs und der magnetischen Kraft, ein Ereignis, das den Jungen tiefgreifend beeinflusste.

Im Jahr 1841, im Alter von zehn Jahren, schrieb sich Maxwell an der angesehenen Edinburgh Academy ein. Während des Semesters wohnte er bei seiner Tante Isabella. Seine ältere Cousine Jemima förderte in dieser Zeit sein wachsendes Interesse am Zeichnen. Der junge Maxwell wuchs relativ isoliert auf dem Landgut seines Vaters auf und hatte Mühe, sich an das schulische Umfeld anzupassen. Da die Klasse im ersten Jahr voll ausgelastet war, musste er im zweiten Jahr neben Schülern untergebracht werden, die ein Jahr älter waren als er. Sein Auftreten und sein Galloway-Akzent wurden von seinen Kollegen als provinziell empfunden. An seinem ersten Tag trug er selbstgemachte Schuhe und eine Tunika und erhielt den abfälligen Spitznamen „Daftie“. Berichten zufolge trug er diesen Beinamen viele Jahre lang klaglos und schien es ihm nie übel zu nehmen. Seine soziale Isolation an der Akademie endete, als er sich mit Lewis Campbell und Peter Guthrie Tait anfreundete, zwei gleichaltrigen Jungen, die sich später als Gelehrte einen Namen machen sollten. Sie pflegten eine lebenslange Freundschaft.

Maxwell entwickelte schon früh eine Faszination für die Geometrie und entdeckte selbstständig die regelmäßigen Polyeder wieder, bevor er formellen Unterricht erhielt. Obwohl er sich bereits im zweiten Jahr den Biografiepreis der Schule für heilige Schriften sicherte, blieben seine akademischen Leistungen weitgehend unerkannt, bis er im Alter von 13 Jahren mit der Mathematikmedaille der Schule und ersten Preisen in Englisch und Poesie ausgezeichnet wurde.

Maxwells intellektuelle Aktivitäten gingen weit über den vorgeschriebenen Lehrplan der Schule hinaus, und Prüfungsleistungen waren für ihn keine Priorität. Im Alter von 14 Jahren verfasste er seine erste wissenschaftliche Arbeit. In dieser Arbeit wurde eine mechanische Methode zum Zeichnen mathematischer Kurven mithilfe von Bindfäden beschrieben, wobei die Eigenschaften von Ellipsen, kartesischen Ovalen und verwandten Kurven mit mehreren Brennpunkten untersucht wurden. Das Papier aus dem Jahr 1846 mit dem Titel „Über die Beschreibung ovaler Kurven und solcher mit einer Vielzahl von Schwerpunkten“ wurde der Royal Society of Edinburgh von James Forbes, einem Professor für Naturphilosophie an der Universität Edinburgh, vorgelegt, da Maxwell als zu jung galt, um es selbst vorzulegen. Wenn man bedenkt, dass René Descartes‘ Untersuchungen zu multifokalen Ellipsen im 17. Jahrhundert nicht ganz originell waren, lag Maxwells Beitrag in der Vereinfachung ihrer Konstruktion.

Universität Edinburgh (1847–1850)

Im Jahr 1847, im Alter von 16 Jahren, verließ Maxwell die Akademie, um sein Studium an der University of Edinburgh zu beginnen. Obwohl ihm die Möglichkeit geboten wurde, die Universität Cambridge zu besuchen, entschied er sich nach seinem ersten Semester, sein gesamtes Grundstudium in Edinburgh zu absolvieren. Die Fakultät der Universität bestand aus mehreren angesehenen Gelehrten, darunter seinen Dozenten im ersten Jahr: Sir William Hamilton, der ihn in Logik und Metaphysik unterrichtete; Philip Kelland, der Mathematik lehrte; und James Forbes, der Vorlesungen über Naturphilosophie hielt. Da Maxwell seine Studienleistungen als anspruchslos empfand, widmete er seine Freizeit sowohl an der Universität als auch vor allem in seinem Zuhause in Glenlair dem Selbststudium. Während dieser Zeit führte er Experimente mit behelfsmäßigen chemischen, elektrischen und magnetischen Geräten durch. Sein primäres Forschungsinteresse konzentrierte sich jedoch auf die Eigenschaften von polarisiertem Licht. Er stellte Gelatineblöcke her, setzte sie verschiedenen Belastungen aus und beobachtete mithilfe eines Paares polarisierender Prismen von William Nicol die chromatischen Streifen, die sich innerhalb der Gelatine bildeten. Dieser experimentelle Ansatz führte zu seiner Entdeckung der Photoelastizität, einer Methode zur Analyse der Spannungsverteilung in physikalischen Strukturen.

Im Alter von 18 Jahren reichte Maxwell zwei Artikel bei den Transactions of the Royal Society of Edinburgh ein. Ein Beitrag mit dem Titel „Über das Gleichgewicht elastischer Feststoffe“ legte den Grundstein für eine bedeutende zukünftige Entdeckung: die vorübergehende Doppelbrechung, die in viskosen Flüssigkeiten unter Scherspannung beobachtet wird. Seine zweite Arbeit, „Rolling Curves“, spiegelte seine frühere Arbeit „Oval Curves“ von der Edinburgh Academy wider; Er galt erneut als zu jung, um seine Ergebnisse persönlich vorzustellen. Infolgedessen übergab sein Lehrer Kelland das Papier in seinem Namen an die Royal Society.

Universität Cambridge (1850–1856)

Im Oktober 1850 zog Maxwell, bereits ein erfahrener Mathematiker, von Schottland an die Universität Cambridge. Er schrieb sich zunächst in Peterhouse ein, wechselte jedoch vor Ende seines ersten Semesters an das Trinity College, da er sich dort einen einfacheren Weg zu einem Stipendium erhoffte. Bei Trinity wurde er in die Cambridge Apostles gewählt, einen exklusiven Geheimbund. Während seiner Amtszeit in Cambridge entwickelte sich Maxwells intellektuelles Verständnis sowohl seines christlichen Glaubens als auch seiner wissenschaftlichen Prinzipien erheblich. Seine Teilnahme an den „Apostles“, einem elitären Debattierclub, bot durch seine Essays ein Forum, um diese Erkenntnisse zu artikulieren und zu verfeinern.

"Mein großer Plan, den ich mir schon immer ausgedacht habe, ... besteht darin, nichts vorsätzlich ungeprüft zu lassen. Nichts soll heiliger Boden sein, der dem stationären Glauben geweiht ist, weder positiv noch negativ. Alles Brachland soll umgepflügt und einem regelmäßigen Rotationssystem gefolgt werden. ... Verstecken Sie niemals etwas, sei es Unkraut oder nicht, und scheinen Sie auch nicht zu wünschen, dass es verborgen bleibt. ... Wieder behaupte ich das Recht auf Betreten aller heiligen Grundstücke, die es gibt Der Mensch hat sich abgesondert. ... Nun bin ich davon überzeugt, dass niemand außer einem Christen sein Land von diesen heiligen Stätten befreien kann ... Ich behaupte nicht, dass es viele solcher Orte gibt, und jeder hat einige davon im Gebiet der Spötter, der Formalisten, der Sensualisten und der anderen, die offen und feierlich tabu sind. ..."

"Das Christentum – das heißt die Religion der Bibel – ist das einzige System oder die einzige Glaubensform, die auf eine solche Herrschaft verzichtet. Allein hier ist alles umsonst. Sie können in der Heiligen Schrift suchen und keinen Text finden, der Sie bei Ihren Erkundungen aufhält. ..."

"Das Alte Testament und das mosaische Gesetz und das Judentum werden allgemein angenommen Von den Orthodoxen „tabuisiert“. Skeptiker geben vor, sie gelesen zu haben und haben bestimmte geistreiche Einwände gefunden ... was zu viele der Orthodoxen ungelesen zugeben, und schließen das Thema als Spuk aus. Aber eine Kerze kommt, um alle Geister und Schreckgespenster zu vertreiben

Im Sommer seines dritten Jahres wohnte Maxwell eine Zeit lang in der Suffolk-Residenz von Reverend C. B. Tayler, dem Onkel seines Klassenkameraden G. W. H. Tayler. Maxwell war zutiefst berührt von der Demonstration religiöser Hingabe der Familie, insbesondere nachdem der Pfarrer und seine Frau ihn während seiner Genesung von einer Krankheit betreut hatten.

Nach seiner Rückkehr nach Cambridge verfasste Maxwell einen herzlichen und liebevollen Brief an seinen jüngsten Gastgeber, der die folgende Aussage enthielt:

Maxwell dachte über seine inhärente Fähigkeit zur Böswilligkeit nach und sagte: „

... ich habe die Fähigkeit, böser zu sein als jedes Beispiel, das mir der Mensch geben könnte, und... wenn ich entkomme, dann nur durch Gottes Gnade, die mir hilft, mich selbst loszuwerden, teilweise in der Wissenschaft, vollständiger in der Gesellschaft – aber nicht perfekt, außer indem ich mich Gott verpflichte ..."

Im November 1851 begann Maxwell sein Studium bei William Hopkins, einem angesehenen Tutor, der für seine außergewöhnliche Fähigkeit zur Förderung mathematischer Talente bekannt war, was ihm den Spitznamen „Senior Wrangler-Maker“ einbrachte.

Maxwell schloss sein Mathematikstudium 1854 an der Trinity ab und erreichte die zweithöchste Punktzahl in der Abschlussprüfung, die ihm nach Edward Routh den Titel „Second Wrangler“ verlieh. Anschließend wurde er Routh in der strengeren Smith's-Prize-Prüfung als ebenbürtig eingestuft. Unmittelbar nach seinem Abschluss präsentierte Maxwell der Cambridge Philosophical Society seine Arbeit „On the Transformation of Surfaces by Bending“. Dieses Werk, einer seiner seltenen rein mathematischen Beiträge, unterstrich seine zunehmende Bedeutung als Mathematiker. Maxwell entschied sich dafür, nach seinem Abschluss am Trinity College zu bleiben und bewarb sich um ein Stipendium, ein Prozess, der sich normalerweise über mehrere Jahre erstreckte. Seine Leistungen als Forschungsstudent gaben ihm die Autonomie, wissenschaftliche Vorhaben nach eigenem Ermessen zu verfolgen, mit nur geringen Verpflichtungen für Nachhilfe und Prüfung.

Eines von Maxwells bedeutenden Interessen, das während seines Studiums bei Forbes an der University of Edinburgh geweckt wurde, war die Natur und Wahrnehmung von Farbe. Mithilfe von farbigen Kreiseln, die von Forbes entwickelt wurden, konnte Maxwell empirisch nachweisen, dass eine Kombination aus rotem, grünem und blauem Licht weißes Licht erzeugt. Seine bahnbrechende Arbeit „Experimente zur Farbe“, in der die Grundprinzipien der Farbkombination erläutert wurden, wurde von ihm im März 1855 persönlich der Royal Society of Edinburgh vorgelegt.

Am 10. Oktober 1855 wurde Maxwell zum Fellow des Trinity College ernannt, ein ungewöhnlich schneller Aufstieg, und wurde anschließend mit der Ausarbeitung von Vorlesungen über Hydrostatik und Optik sowie der Vorbereitung von Prüfungsunterlagen beauftragt. Im folgenden Februar ermutigte ihn Forbes, sich für den kürzlich frei gewordenen Lehrstuhl für Naturphilosophie am Marischal College in Aberdeen zu bewerben. Maxwells Vater half ihm bei der Zusammenstellung der erforderlichen Referenzen, verstarb jedoch am 2. April in Glenlair, bevor über Maxwells Bewerbung entschieden wurde. Maxwell nahm die Professur in Aberdeen an und verließ Cambridge im November 1856.

Marischal College, Aberdeen: 1856–1860

Mit 25 Jahren war Maxwell etwa 15 Jahre jünger als seine Kollegen an der Marischal-Fakultät. Er nahm die Aufgaben seines neuen Abteilungsleiters, zu denen auch die Entwicklung von Lehrplänen und die Vorbereitung von Vorlesungen gehörten, fleißig an. Sein Lehrauftrag belief sich auf 15 Stunden pro Woche, einschließlich einer regelmäßigen pro bono-Vorlesung für die örtliche Arbeiterhochschule. Während des sechsmonatigen akademischen Jahres lebte er mit seinem Cousin William Dyce Cay, einem schottischen Bauingenieur, in Aberdeen und verbrachte seine Sommer in Glenlair, einem von seinem Vater geerbten Anwesen.

Ein ehemaliger Student lieferte später die folgende Beschreibung von Maxwell:

In den späten 1850er Jahren, kurz vor 9 Uhr morgens, hätte man an jedem Wintermorgen durchaus den jungen James Clerk Maxwell sehen können, Mitte bis Ende 20, ein Mann von mittlerer Größe, kräftigem Körperbau und einer gewissen Federkraft und Elastizität im Gang; eher bequem als elegant gekleidet; ein Gesicht, das zugleich Scharfsinn und gute Laune ausdrückt, aber von einer tiefen Spur Nachdenklichkeit überlagert ist; Merkmale kühn dargestellt und angenehm markiert; Augen dunkel und leuchtend; Haare und Bart waren vollkommen schwarz und bildeten einen starken Kontrast zur Blässe seines Teints.

Maxwell richtete seine Forschung auf ein Problem, das Wissenschaftler zwei Jahrhunderte lang vor Herausforderungen gestellt hatte: die grundlegende Natur der Saturnringe. Der Mechanismus, durch den diese Ringe ihre Stabilität aufrechterhielten und einem Zerfall, einer Zerstreuung oder einer Kollision mit Saturn standhielten, blieb unbekannt. Dieses Thema erlangte besondere Bedeutung, als das St. John's College in Cambridge es als Thema für den Adams-Preis von 1857 auswählte. Maxwell widmete dieser Untersuchung zwei Jahre und zeigte, dass ein fester, regelmäßiger Ring die Stabilität nicht aufrechterhalten kann und ein flüssiger Ring aufgrund der Wellendynamik unweigerlich in diskrete Massen zerfallen würde. Da er keine dieser Bedingungen beachtete, folgerte er, dass die Ringe aus zahlreichen winzigen Teilchen bestehen müssten, die er „Ziegelfledermäuse“ nannte und die jeweils unabhängig voneinander den Saturn umkreisten. Im Jahr 1859 erhielt Maxwell den mit 130 Pfund dotierten Adams-Preis für seinen Aufsatz „Über die Stabilität der Bewegung der Saturnringe“ und war der einzige Anwärter, der ausreichende Fortschritte für die Einreichung erzielte. Seine Analyse war so umfassend und überzeugend, dass George Biddell Airy beim Lesen bemerkte: „Es ist eine der bemerkenswertesten Anwendungen der Mathematik auf die Physik, die ich je gesehen habe.“ Diese Arbeit galt als endgültige Erklärung, bis direkte Beobachtungen der Voyager-Vorbeiflüge in den 1980er Jahren Maxwells Hypothese bezüglich der Partikelzusammensetzung der Ringe bestätigten. Dennoch erkennt das heutige Verständnis an, dass die Ringteilchen nicht völlig stabil sind und durch die Gravitationskräfte nach und nach zum Saturn gezogen werden. Folglich wird erwartet, dass sich die Ringe innerhalb der nächsten 300 Millionen Jahre vollständig auflösen.

Im Jahr 1857 schloss Maxwell eine Freundschaft mit Reverend Daniel Dewar, dem damaligen Rektor des Marischal College. Durch diese Verbindung lernte Maxwell Dewars Tochter Katherine Mary Dewar kennen. Ihre Verlobung fand im Februar 1858 statt, gefolgt von ihrer Hochzeit am 2. Juni 1858 in Aberdeen. Die Heiratsurkunde weist Maxwell als Professor für Naturphilosophie am Marischal College in Aberdeen aus. Katherine war sieben Jahre älter als Maxwell. Über sie liegen nur begrenzte Informationen vor, es ist jedoch dokumentiert, dass sie in seinem Labor mitgeholfen und an Experimenten zur Viskosität beteiligt war. Lewis Campbell, Maxwells Biograf und Freund, zeigte eine ungewöhnliche Zurückhaltung, als er über Katherine sprach, dennoch beschrieb er ihr Eheleben als „ein Leben beispielloser Hingabe“.

Das Jahr 1860 markierte die Fusion des Marischal College mit dem angrenzenden King's College zur University of Aberdeen. Da keine zwei Professoren für Naturphilosophie vorgesehen waren, musste Maxwell trotz seines etablierten wissenschaftlichen Rufs entlassen werden. Seine anschließende Bewerbung für den kürzlich frei gewordenen Forbes-Lehrstuhl in Edinburgh war erfolglos und die Stelle wurde Tait zuerkannt. Stattdessen wurde Maxwell auf den Lehrstuhl für Naturphilosophie am King's College in London berufen. Nach seiner Genesung von einem schweren, fast tödlichen Pockenanfall im Jahr 1860 zog er mit seiner Frau nach London.

King's College, London: 1860–1865

Maxwells Amtszeit am King's College gilt weithin als die produktivste Zeit seines Berufslebens. Im Jahr 1860 wurde er für seine bahnbrechende Farbforschung mit der Rumford-Medaille der Royal Society geehrt und 1861 in die Gesellschaft gewählt. In dieser Zeit präsentierte er insbesondere das weltweit erste lichtechte Farbfoto, brachte seine Theorien zur Viskosität von Gasen voran und schlug eine systematische Methode zur Definition physikalischer Größen vor, die heute als Dimensionsanalyse anerkannt ist. Maxwell besuchte häufig Vorlesungen an der Royal Institution, was einen regelmäßigen Austausch mit Michael Faraday ermöglichte. Ihre Beziehung war jedoch nicht von enger Intimität geprägt, was vor allem daran lag, dass Faraday 40 Jahre älter als Maxwell war und Anzeichen von Senilität zeigte. Dennoch bewahrten beide Männer großen gegenseitigen Respekt vor den intellektuellen Beiträgen des anderen.

Dieser Zeitraum ist besonders bedeutsam für Maxwells bahnbrechende Fortschritte auf den Gebieten Elektrizität und Magnetismus. In seiner 1861 veröffentlichten zweiteiligen Abhandlung „On Physical Lines of Force“ untersuchte er akribisch die Eigenschaften sowohl elektrischer als auch magnetischer Felder. In dieser Arbeit führte er einen konzeptionellen Rahmen für die elektromagnetische Induktion ein und postulierte die Existenz winziger, rotierender Zellen mit magnetischem Fluss. Anschließend wurden zwei zusätzliche Abschnitte hinzugefügt und Anfang 1862 im selben Artikel veröffentlicht. Der erste ergänzende Teil befasste sich mit der Natur der Elektrostatik und dem Verschiebungsstrom. Der zweite zusätzliche Teil befasste sich mit der Drehung der Lichtpolarisationsebene innerhalb eines Magnetfelds, einem Phänomen, das ursprünglich von Faraday entdeckt wurde und heute als Faraday-Effekt bezeichnet wird.

Spätere Jahre: 1865–1879

Im Jahr 1865 gab Maxwell seine Professur am King's College in London auf und zog mit Katherine nach Glenlair. Seine Arbeit „Über Regler“ aus dem Jahr 1868 lieferte eine mathematische Beschreibung des Reglerverhaltens – Geräte, die für die Regelung der Geschwindigkeit von Dampfmaschinen unerlässlich sind – und legte damit den Grundstein für die Regelungstechnik. Im Jahr 1870 untersuchte er in seiner Arbeit „Über reziproke Figuren, Rahmen und Kraftdiagramme“ die strukturelle Steifigkeit verschiedener Gitterkonstruktionen. Er verfasste das Lehrbuch Theory of Heat (1871) und das wissenschaftliche Werk Matter and Motion (1876). Darüber hinaus leistete Maxwell 1871 Pionierarbeit bei der expliziten Anwendung der Dimensionsanalyse und trug zur Etablierung des CGS-Messsystems bei.

Maxwell gilt als der erste, der das Konzept des Chaos verstand, insbesondere indem er die Bedeutung von Systemen identifizierte, die eine „sensible Abhängigkeit von Anfangsbedingungen“ aufweisen. In den 1870er Jahren war er auch der Erste, der den „Schmetterlingseffekt“ in zwei unterschiedlichen Diskussionen hervorhob.

Im Jahr 1871 kehrte Maxwell nach Cambridge zurück und übernahm die erste Position des Cavendish-Professors für Physik. Ihm wurde die Aufgabe übertragen, die Einrichtung des Cavendish-Labors zu überwachen und sowohl den Bauprozess als auch die Beschaffung wissenschaftlicher Ausrüstung sorgfältig zu überwachen. Ein bedeutender später Beitrag von Maxwell war die Bearbeitung der Forschungsergebnisse von Henry Cavendish, die umfangreiche Originalanmerkungen enthielten. Diese Arbeit enthüllte Cavendishs Untersuchungen zu verschiedenen Themen, wie der Dichte der Erde und der Zusammensetzung des Wassers. Er wurde 1876 als Mitglied in die American Philosophical Society aufgenommen.

Tod

Im April 1879 litt Maxwell unter Dysphagie, die das erste Symptom seiner unheilbaren Krankheit darstellte.

Maxwell erlag am 5. November 1879 im Alter von 48 Jahren in Cambridge einem Bauchkrebs. Bemerkenswerterweise war seine Mutter im gleichen Alter an derselben Krebsart gestorben. Der Geistliche, der ihn in seinen letzten Wochen häufig besuchte, zeigte sich zutiefst erstaunt über Maxwells geistige Klarheit und die außergewöhnliche Kapazität seines Gedächtnisses und bemerkte insbesondere:

... seine Krankheit forderte das ganze Herz, die ganze Seele und den ganzen Geist des Mannes: sein fester und zweifelsfreier Glaube an die Menschwerdung und alle ihre Folgen; in der vollen Genügsamkeit des Sühnopfers; im Wirken des Heiligen Geistes. Er hatte alle Schemata und Systeme der Philosophie abgeschätzt und ergründet und fand sie völlig leer und unbefriedigend – „undurchführbar“ war sein eigenes Wort über sie – und er wandte sich mit einfachem Glauben dem Evangelium des Erlösers zu.

Als sein Tod näher rückte, übermittelte Maxwell einem Kollegen aus Cambridge:

Ich habe darüber nachgedacht, wie sanft mit mir immer umgegangen wurde. Ich hatte in meinem ganzen Leben noch nie einen heftigen Stoß. Der einzige Wunsch, den ich haben kann, ist wie David, meiner eigenen Generation durch den Willen Gottes zu dienen und dann einzuschlafen.

Maxwells sterbliche Überreste sind in Parton Kirk beigesetzt, das sich in der Nähe von Castle Douglas in Galloway, in der Nähe seines Elternhauses, befindet. Seine umfassende Biographie, Das Leben von James Clerk Maxwell, verfasst von seinem ehemaligen Schulkameraden und lebenslangen außerordentlichen Professor Lewis Campbell, wurde 1882 veröffentlicht. Cambridge University Press veröffentlichte seine gesammelten Werke 1890 in zwei Bänden.

Zu den Nachlassverwaltern von Maxwell gehörten sein Arzt George Edward Paget, G. G. Stokes und sein Cousin Colin Mackenzie. Aufgrund einer übermäßigen Arbeitsbelastung übertrug Stokes Maxwells Papiere an William Garnett, der diese Dokumente bis etwa 1884 effektiv verwahrte.

Eine Maxwell gewidmete Gedenkinschrift befindet sich in der Nähe der Chorschranke in der Westminster Abbey.

Persönliches Leben

Maxwell, ein glühender Bewunderer der schottischen Poesie, prägte sich Verse ein und verfasste eigene. Sein bekanntestes poetisches Werk, Rigid Body Sings, wurde eng an Robert Burns‘ „Comin‘ Through the Rye“ angelehnt, ein Stück, das er Berichten zufolge beim Gitarrespielen vortrug. Diese Komposition beginnt mit den folgenden Zeilen:

Eine Zusammenstellung seiner Gedichte wurde später 1882 von seinem Freund Lewis Campbell veröffentlicht.

Eine Sammlung seiner Gedichte wurde 1882 von seinem Freund Lewis Campbell veröffentlicht.

Berichte über Maxwell heben häufig seine außergewöhnlichen intellektuellen Fähigkeiten hervor, denen oft ein bemerkenswertes Maß an sozialer Unbeholfenheit gegenübergestellt wird.

Maxwell formulierte den folgenden Aphorismus, der sein berufliches Verhalten als Wissenschaftler leiten sollte:

Menschen, die das Leben vollständig erleben und autonom agieren möchten, müssen sich ständig auf ihre täglichen Aufgaben konzentrieren. Wer sich nicht mit vergangenen Unternehmungen beschäftigt, beugt Verzweiflung vor, während ein ausschließlicher Fokus auf zukünftige Ziele Gefahr läuft, rein spekulativ zu werden. Weder sollte man sich ausschließlich auf vergängliche, weltliche Aufgaben konzentrieren, noch ausschließlich auf ewige Bestrebungen, da diese allein kein unmittelbares Handeln ermöglichen. Wahre Zufriedenheit entsteht, wenn man die tägliche Arbeit als integralen Bestandteil des eigenen Lebenszwecks und als Manifestation ewiger Prinzipien wahrnimmt. Ein solches Individuum besitzt unerschütterliches Selbstvertrauen, da es untrennbar mit der Unendlichkeit verbunden ist. Folglich gehen sie fleißig ihren täglichen Unternehmungen nach und erkennen den gegenwärtigen Moment als wertvolle Gabe.

James Clerk Maxwell war ein evangelischer Presbyterianer, der in seinem späteren Leben als Ältester der Church of Scotland diente. Seine religiösen Überzeugungen und die damit verbundenen Praktiken wurden in verschiedenen wissenschaftlichen Publikationen ausführlich untersucht. Nachdem Maxwell in seiner Kindheit sowohl Gottesdienste der Church of Scotland (Konfession seines Vaters) als auch der Episkopalkirche (Konfession seiner Mutter) besucht hatte, erlebte er im April 1853 eine evangelische Bekehrung. Diese Bekehrung könnte dazu beigetragen haben, dass er eine antipositivistische philosophische Haltung einnahm.

Wissenschaftliches Erbe

Anerkennung

Eine von Physics World durchgeführte Umfrage, bei der die 100 prominentesten Physiker ermittelt wurden, stufte Maxwell als drittgrößten Physiker der Geschichte ein, nur übertroffen von Isaac Newton und Albert Einstein. In einer separaten Umfrage von PhysicsWeb unter praktizierenden Physikern belegte er ebenfalls den dritten Platz.

Zahlreiche Physiker halten Maxwell für den Wissenschaftler des 19. Jahrhunderts, der den größten Einfluss auf die Physik des 20. Jahrhunderts ausübte. Seine wissenschaftlichen Beiträge gelten hinsichtlich ihrer tiefgreifenden Wirkung weithin als gleichwertig mit denen von Newton und Einstein. Anlässlich des 100. Geburtstags von Maxwell bezeichnete Albert Einstein sein Werk als das „tiefgreifendste und fruchtbarste, das die Physik seit der Zeit Newtons erlebt hat“. Auf Einstein stehe ich auf den Schultern von Maxwell.“ Tom Siegfried charakterisierte Maxwell als „eines dieser Jahrhundertgenies, die die physische Welt mit schärferen Sinnen wahrnahmen als die Menschen um ihn herum.“

Elektromagnetismus

Maxwells Auseinandersetzung mit Elektrizität und Magnetismus begann bereits 1855, als sein Aufsatz „Über Faradays Kraftlinien“ der Cambridge Philosophical Society vorgelegt wurde. Diese wegweisende Arbeit bot eine vereinfachte Konzeptualisierung von Faradays Forschung und erläuterte die Wechselbeziehung zwischen Elektrizität und Magnetismus. Er synthetisierte den vorhandenen Wissensbestand zu einem kohärenten System aus 20 Differentialgleichungen mit 20 Variablen. Dieses grundlegende Werk wurde anschließend im März 1861 unter dem Titel „On Physical Lines of Force“ veröffentlicht.

Ungefähr im Jahr 1862, während seiner Vorlesungen am King's College, berechnete Maxwell, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit eines elektromagnetischen Feldes der Lichtgeschwindigkeit sehr nahe kommt. Er betrachtete diese Übereinstimmung als mehr als bloßen Zufall und bemerkte: „Wir kommen kaum um den Schluss herum, dass Licht aus den transversalen Wellen desselben Mediums besteht, das die Ursache elektrischer und magnetischer Phänomene ist.“

Maxwell entwickelte seine Forschung weiter und zeigte, dass seine Gleichungen die Existenz von Wellen vorhersagen, die aus oszillierenden elektrischen und magnetischen Feldern bestehen, die sich durch ein Vakuum mit einer Geschwindigkeit ausbreiten, die aus grundlegenden elektrischen Experimenten abgeleitet werden kann. Unter Verwendung zeitgenössischer experimenteller Daten berechnete Maxwell diese Geschwindigkeit auf 310.740.000 Meter pro Sekunde (1,0195×109 ft/s). In seiner einflussreichen Arbeit „A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field“ aus dem Jahr 1865 formulierte Maxwell: „Die Übereinstimmung der Ergebnisse scheint zu zeigen, dass Licht und Magnetismus Auswirkungen derselben Substanz sind und dass Licht eine elektromagnetische Störung ist, die sich gemäß elektromagnetischen Gesetzen durch das Feld ausbreitet.“

Maxwells berühmte zwanzig Gleichungen, dargestellt in ihrem zeitgenössischen partiellen Differentialgleichungsformat, wurden erstmals umfassend in seinem Lehrbuch von 1873, A Treatise on Electricity and Magnetism, ausführlich beschrieben. Ein erheblicher Teil dieser Forschung wurde von Maxwell in Glenlair durchgeführt, insbesondere in der Zeit zwischen seiner Amtszeit in London und seiner Ernennung zum Cavendish-Lehrstuhl. Anschließend vereinfachte Oliver Heaviside Maxwells komplizierten theoretischen Rahmen in einen Satz von vier partiellen Differentialgleichungen, die heute allgemein als Maxwellsche Gesetze oder Maxwellsche Gleichungen anerkannt sind. Trotz eines Rückgangs der Bedeutung von Potentialen im 19. Jahrhundert ist die Anwendung von Skalar- und Vektorpotentialen derzeit eine Standardmethode zur Lösung der Maxwell-Gleichungen. Dieses bahnbrechende Werk stellte die zweite große Vereinheitlichung auf dem Gebiet der Physik dar.

Wie von Barrett und Grimes (1995) formuliert:

Maxwell formulierte den Elektromagnetismus mithilfe der Quaternionenalgebra und positionierte das elektromagnetische Potential als zentrales Element seines theoretischen Rahmens. Im Jahr 1881 ersetzte Heaviside das elektromagnetische Potentialfeld durch Kraftfelder als Kernkonzept der elektromagnetischen Theorie. Heaviside behauptete, das elektromagnetische Potentialfeld sei willkürlich und erfordere ein „Attentat“ (sic). Anschließend entstand ein Diskurs zwischen Heaviside und [Peter Guthrie] Tate (sic) über die komparativen Vorteile der Vektoranalyse gegenüber Quaternionen. Diese Diskussion gipfelte in der Erkenntnis, dass die tiefgreifenden physikalischen Erkenntnisse, die Quaternionen bieten, unnötig wären, wenn die Theorie streng lokal bliebe, was zur weit verbreiteten Einführung der Vektoranalyse führte.

Maxwells Thesen wurden empirisch bestätigt und seine Feststellung einer quantitativen Beziehung zwischen Licht und Elektromagnetismus gilt als herausragende Errungenschaft der mathematischen Physik des 19. Jahrhunderts.

Maxwell war außerdem Pionier des Konzepts des elektromagnetischen Feldes und stellte es Faradays Beschreibung der Kraftlinien gegenüber. Indem Maxwell die Ausbreitung des Elektromagnetismus als ein von aktiven Teilchen ausgehendes Feld konzeptualisierte, brachte er seine Lichtforschung erheblich voran. Zu dieser Zeit postulierte Maxwell, dass die Lichtausbreitung ein wellentragendes Medium erforderte, das er den leuchtenden Äther nannte. Allerdings erwies sich die hypothetische Existenz eines solchen Mediums, das den gesamten Weltraum durchdringt, aber mit mechanischen Methoden scheinbar nicht nachweisbar ist, schließlich als unvereinbar mit experimentellen Erkenntnissen, insbesondere dem Michelson-Morley-Experiment. Darüber hinaus schien dieses Konzept einen absoluten Bezugsrahmen für die Gültigkeit der Gleichungen vorzuschreiben, was zu der problematischen Implikation führte, dass sich die Gleichungen für einen Beobachter in Bewegung verändern würden. Diese Herausforderungen veranlassten Albert Einstein schließlich dazu, die Theorie der speziellen Relativitätstheorie zu entwickeln, ein Prozess, bei dem Einstein den leuchtenden Äther für „überflüssig“ hielt und ihn folglich aus seinem theoretischen Rahmen strich.

Einstein erkannte Maxwells wegweisende Beiträge an und behauptete:

Eine wissenschaftliche Epoche endete und eine neue begann mit den Beiträgen von James Clerk Maxwell.

Einstein weiter erkannte den tiefgreifenden Einfluss von Maxwells Arbeit auf seine eigene Relativitätstheorie an:

Die spezielle Relativitätstheorie leitet ihre Grundprinzipien aus Maxwells Gleichungen des elektromagnetischen Feldes ab.

Farbsehen

Wie viele zeitgenössische Physiker besaß Maxwell ein erhebliches Interesse an der Psychologie. Er orientierte sich an der Arbeit von Isaac Newton und Thomas Young und zeigte eine besondere Faszination für das Studium des Farbsehens. Zwischen 1855 und 1872 veröffentlichte Maxwell regelmäßig eine Reihe von Forschungsarbeiten über Farbwahrnehmung, Farbenblindheit und Farbtheorie und erhielt schließlich die Rumford-Medaille für seine Abhandlung „On the Theory of Color Vision“.

Newtons Experimente mit Prismen ergaben, dass weißes Licht, einschließlich Sonnenlicht, aus mehreren monochromatischen Komponenten besteht, die zu weißem Licht rekombiniert werden können. Er zeigte außerdem, dass eine orange Farbe, eine Mischung aus Gelb und Rot, trotz ihrer unterschiedlichen physikalischen Zusammensetzung optisch einem monochromatischen orangefarbenen Licht entsprechen kann. Diese Beobachtung führte zu einem bedeutenden Paradoxon für zeitgenössische Physiker: Zwei physikalisch unterschiedliche komplexe Lichter (bestehend aus mehreren monochromatischen Lichtern) könnten identisch erscheinen, ein Phänomen, das als Metamere bezeichnet wird. Thomas Young postulierte anschließend, dass dieses Paradox gelöst werden könnte, indem er vorschlug, dass die Farbwahrnehmung über eine endliche Anzahl von Augenkanälen erfolgt, nämlich drei, was die Grundlage der trichromatischen Farbtheorie bildet. Maxwell nutzte später das aufstrebende Gebiet der linearen Algebra, um Youngs Hypothese mathematisch zu untermauern. Er postulierte, dass jedes monochromatische Licht, das drei Rezeptoren stimuliert, eine gleichwertige Reaktion aus einer Kombination von drei verschiedenen monochromatischen Lichtern (oder tatsächlich drei beliebigen verschiedenen Lichtern) hervorrufen sollte. Maxwell validierte dieses Prinzip experimentell und leistete damit Pionierarbeit bei Farbanpassungsexperimenten und auf dem Gebiet der Kolorimetrie.

Maxwell erweiterte seine Theorie der Farbwahrnehmung auf den Bereich der Farbfotografie. Seine psychologische Forschung zur Farbwahrnehmung führte direkt zu der Hypothese, dass, wenn eine Kombination aus drei beliebigen Primärlichtern jede wahrnehmbare Farbe reproduzieren könnte, mithilfe eines entsprechenden Satzes von drei Farbfiltern Farbfotos erzeugt werden könnten. In seiner Veröffentlichung von 1855 formulierte Maxwell eine Methode: Drei Schwarzweißfotos einer Szene würden durch Rot-, Grün- und Blaufilter aufgenommen. Anschließend wurden transparente Ausdrucke dieser Bilder mit drei Projektoren, die jeweils mit analogen Filtern ausgestattet waren, auf eine Leinwand projiziert. Wenn diese Projektionen überlagert würden, würde das menschliche Auge eine vollfarbige Reproduktion der Originalszene wahrnehmen.

Im Jahr 1861 stellte Maxwell während einer Vorlesung der Royal Institution über Farbtheorie die weltweit erste Demonstration der Farbfotografie vor, bei der er sein Prinzip der Dreifarbenanalyse und -synthese anwendete. Thomas Sutton, bekannt für die Erfindung der Spiegelreflexkamera, führte die fotografischen Arbeiten aus. Sutton nahm drei Bilder eines Tartanbandes auf, jeweils durch einen Rot-, Grün- und Blaufilter, und machte außerdem ein viertes Foto mit einem Gelbfilter, der laut Maxwells Aufzeichnungen bei der Abschlussvorführung nicht verwendet wurde. Aufgrund der inhärenten Unempfindlichkeit von Suttons Fotoplatten gegenüber rotem Licht und ihrer begrenzten Empfindlichkeit gegenüber grünem Licht waren die Ergebnisse dieses bahnbrechenden Experiments suboptimal. Im veröffentlichten Bericht über den Vortrag heißt es, dass „wenn die roten und grünen Bilder genauso vollständig fotografiert worden wären wie die blauen“, das Ergebnis „ein wirklich farbiges Bild des Bandes gewesen wäre“, was darauf hindeutet, dass „die Suche nach fotografischen Materialien, die empfindlicher auf die weniger brechbaren Strahlen reagieren“, die Darstellung von Objektfarben erheblich verbessern könnte. Jahrzehnte später, im Jahr 1961, stellten Forscher fest, dass der unerwartete teilweise Erfolg der rotgefilterten Belichtung auf ultraviolettes Licht zurückzuführen war. Dieses von bestimmten roten Farbstoffen stark reflektierte Licht wurde durch den Rotfilter nicht vollständig gedämpft und fiel in den spektralen Empfindlichkeitsbereich des von Sutton verwendeten Nasskollodiumverfahrens.

Kinetische Theorie und Thermodynamik

Maxwells Forschung erstreckte sich auf die kinetische Gastheorie, wo er eine entscheidende Rolle bei der Etablierung der statistischen Mechanik spielte. Während diese Theorie von Daniel Bernoulli stammt und anschließend durch die Beiträge von John Herapath, John James Waterston, James Joule und insbesondere Rudolf Clausius weiterentwickelt wurde, wodurch ihre allgemeine Genauigkeit gefestigt wurde, sorgte Maxwell für eine wesentliche Weiterentwicklung. Auf diesem Gebiet zeichnete er sich sowohl als Experimentator, der die Gesetze der Gasreibung untersuchte, als auch als Mathematiker aus.

Von 1859 bis 1866 formulierte Maxwell die Theorie über die Geschwindigkeitsverteilung zwischen Gasteilchen, ein Werk, das später von Ludwig Boltzmann erweitert wurde. Diese resultierende Gleichung, bekannt als Maxwell-Boltzmann-Verteilung, quantifiziert den Anteil der Gasmoleküle, die sich bei einer bestimmten Temperatur mit einer bestimmten Geschwindigkeit bewegen. Im Rahmen der kinetischen Theorie werden Temperatur und Wärme ausschließlich als Manifestationen molekularer Bewegung konzeptualisiert. Dieser innovative Ansatz verallgemeinerte nicht nur bestehende thermodynamische Gesetze, sondern lieferte im Vergleich zu früheren Modellen auch eine bessere Erklärung für beobachtete Phänomene und experimentelle Ergebnisse. Seine Untersuchungen zur Thermodynamik gipfelten in der Konzeptualisierung von Maxwells Dämon, einem Gedankenexperiment, das ein imaginäres Wesen postuliert, das in der Lage ist, Teilchen nach Energie zu sortieren, und damit scheinbar gegen den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik verstößt.

Im Jahr 1871 formulierte Maxwell seine thermodynamischen Beziehungen, die Gleichheiten zwischen den zweiten Ableitungen thermodynamischer Potentiale in Bezug auf verschiedene thermodynamische Variablen definieren. Anschließend entwickelte er 1874 eine thermodynamische Gipsvisualisierung zur Untersuchung von Phasenübergängen und stützte sich dabei auf die grafische Thermodynamikforschung des amerikanischen Wissenschaftlers Josiah Willard Gibbs.

In seiner Veröffentlichung On the Dynamical Theory of Gases von 1867 stellte Maxwell das Maxwell-Modell vor, das das Verhalten viskoelastischer Materialien charakterisiert, und entwickelte außerdem die Maxwell-Cattaneo-Gleichung, die zur Beschreibung des Wärmetransports innerhalb von a verwendet wird mittel.

Peter Guthrie Tait würdigte Maxwell als den „führenden Molekularwissenschaftler“ seiner Zeit. Nach Maxwells Tod bemerkte ein anonymer Kommentator, dass „nur ein Mann lebte, der Gibbs‘ Papiere verstehen konnte. Das war Maxwell, und jetzt ist er tot.“

Kontrolltheorie

Maxwells Artikel „On Governors“ erschien in den Proceedings of the Royal Society, Bd. 16 (1867–1868). Diese Arbeit gilt als grundlegender Text im aufstrebenden Bereich der Kontrolltheorie. In diesem Zusammenhang bezeichnet „Regler“ die mechanischen Vorrichtungen, insbesondere Fliehkraftregler, die zur Regelung von Dampfmaschinen eingesetzt werden.

Ehrungen

Veröffentlichungen