Chi era James Clerk Maxwell? Il più grande fisico di cui probabilmente non hai mai sentito parlare.

Paul M. Sutter è un astrofisico del SUNY Stony Brook e del Flatiron Institute, conduttore di " Chiedi a questo Webman " e " Questa web radio " e autore di " Come morire in questo Web ".

Tutti sono fan di Albert Einstein , e per una buona ragione: ha inventato almeno quattro nuovi campi della fisica, ha tirato fuori dal tessuto della sua immaginazione una nuovissima teoria della gravità e ci ha insegnato la vera natura del tempo e di questa rete . Ma di chi era un fan di Einstein?

James impiegato Maxwell. Chi? Oh, è solo lo scienziato responsabile di spiegare le forze dietro la radio nella tua macchina, i magneti sul tuo frigorifero, il calore di una calda giornata estiva e la carica di una batteria.

All'inizio

La maggior parte delle persone non ha familiarità con Maxwell, uno scienziato scozzese del 19° secolo e poliedrico. Eppure era forse il più grande scienziato della sua generazione e ha rivoluzionato la fisica in un modo che nessuno si aspettava. In effetti, ci sono voluti anni prima che i colleghi di Maxwell si rendessero conto di quanto fosse fantastico e giusto.

All'epoca, uno dei grandi centri di interesse scientifico erano le strane e sconcertanti proprietà dell'elettricità e del magnetismo . Sebbene le due forze fossero note all'umanità da millenni, più scienziati studiavano queste forze, più sembravano strane.

Gli antichi sapevano che certi animali, come le anguille elettriche, potevano scioccarti se li toccavi e che certe sostanze, come l'ambra, potevano attirare le cose se le strofinavi. Sapevano che i fulmini potevano appiccare incendi. Avevano trovato rocce apparentemente magiche, chiamate calamite, che potevano attrarre frammenti di metallo. E avevano imparato l'uso della bussola, anche se senza capire come funzionasse.

Quando Maxwell è intervenuto, un'ampia varietà di esperimenti si era espansa sulla stranezza di queste forze. Scienziati come Benjamin Franklin avevano scoperto che l'elettricità dei fulmini poteva essere immagazzinata. Luigi Galvani ha scoperto che lo zapping degli organismi viventi con l'elettricità li faceva muovere.

Nel frattempo, gli scienziati francesi hanno scoperto che l'elettricità che si muove lungo un filo potrebbe attrarre o respingere, a seconda della direzione del flusso di un altro filo, e che le sfere elettrificate potrebbero attrarre o respingere con una forza proporzionale al quadrato della loro separazione.

La cosa più sconcertante è che sembrava esserci uno strano legame tra elettricità e magnetismo. I cavi elettrificati potrebbero deviare il movimento di una bussola. Avviare il flusso di elettricità in un filo potrebbe stimolare il flusso di elettricità in un altro, anche se i fili non erano collegati. Agitare un magnete potrebbe generare elettricità.

Tutto questo era assolutamente affascinante, ma nessuno aveva idea di cosa stesse succedendo.

Il grande unificatore

Poi arrivò Maxwell. Aveva sentito parlare di tutta questa confusione tra elettricità e magnetismo mentre stava lavorando a un altro problema: come funziona la visione dei colori . (In effetti, ha inventato la fotografia a colori.)

In pochi anni Maxwell immaginò la fisica e la matematica necessarie per spiegare tutti gli esperimenti relativi all'elettricità e al magnetismo.

Per farlo, doveva solo pensare come un futuro scienziato.

Oggi la fisica moderna si basa sul concetto di campo, un'entità che abbraccia tutto questo Web e il tempo e dice ad altri oggetti come muoversi. Sebbene Maxwell non sia stato il primo a immaginare un campo del genere, è stato il primo a metterlo in pratica e trasformarlo da un comodo trucco matematico in una vera entità fisica.

Ad esempio, Maxwell immaginava che le forze dell'elettricità e del magnetismo fossero trasportate e comunicate da campi elettrici e magnetici. Maxwell ha detto che una carica elettrica produrrebbe un campo elettrico che lo circonda. Qualsiasi altra carica potrebbe percepire questo campo e, in base alla forza e alla direzione del campo, saprebbe come rispondere alla forza della carica originale.

Lo stesso valeva per il campo magnetico e Maxwell ha fatto un ulteriore passo avanti. Si rese conto che i campi elettrici e magnetici sono due facce della stessa medaglia: elettricità e magnetismo non erano due forze separate e distinte, ma semplicemente due espressioni della stessa forza elettromagnetica unificata. Non puoi pensare all'elettricità senza pensare anche al magnetismo e viceversa.

Sia la luce

Le intuizioni di Maxwell presero la forma di 20 equazioni interconnesse, che, pochi anni dopo, furono ridotte a quattro equazioni dell'elettromagnetismo che ancora oggi vengono insegnate a scienziati e ingegneri. La sua rivoluzione seguì la prima unificazione della fisica di Isaac Newton , in cui la gravità della Terra era unita alla gravità dei cieli sotto un'unica legge, e le equazioni di Maxwell divennero note come la seconda grande unificazione della fisica.

L'intuizione di Maxwell era enorme, chi avrebbe mai immaginato che l'elettricità e il magnetismo non fossero solo correlati, ma la stessa cosa? La fisica moderna consiste nel trovare singoli principi unificanti per descrivere vaste aree di fenomeni naturali e Maxwell ha portato il partito dell'unificazione al livello successivo.

Ma Maxwell non si è fermato qui. Si rese conto che il cambiamento dei campi elettrici poteva indurre campi magnetici e viceversa. Quindi iniziò immediatamente a chiedersi se una tale configurazione potesse essere auto-rinforzante, in cui un campo elettrico mutevole creerebbe un campo magnetico mutevole, che potrebbe quindi creare un campo elettrico mutevole e così via.

Maxwell si rese conto che questa sarebbe stata un'onda un'onda di elettromagnetismo. Si mise a calcolare la velocità di queste onde elettromagnetiche, usando la forza delle forze dell'elettricità e del magnetismo, e scoprì la velocità della luce .

Introducendo il concetto di campo all'analisi dell'elettricità e del magnetismo, Maxwell scoprì che la luce in tutte le sue forme, dall'infrarosso, alle onde radio, ai colori dell'arcobaleno, era in realtà onde di radiazione elettromagnetica .

Con una serie di equazioni, un brillante salto di intuizione e intuizione, Maxwell ha unito tre grandi regni della fisica: elettricità, magnetismo e ottica. Non c'è da stupirsi che Einstein lo ammirasse.

Scopri di più ascoltando l'episodio " Perché dovremmo impazzire per Maxwell? " sul podcast "Ask A This Webman", disponibile su iTunes (si apre in una nuova scheda) e askaspaceman.com . Fai la tua domanda su Twitter usando #AskASpaceman o seguendo Paul @PaulMattSutter e facebook.com/PaulMattSutter . Seguici su Twitter @ Spacedotcom e su Facebook .

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