물리학 내에서 그는 아인슈타인이나 뉴턴과 같은 범주에 속합니다. 그러나 그는 종종 외부 세계에 알려지지 않은 이름인 James Clerk Maxwell입니다. 그는 전기, 자기 및 빛을 이해하는 데 중요한 단계를 밟았습니다. 아마도 그의 용감한 성격이 그의 명성이 상대적으로 제한된 이유였을 것입니다. 뛰어난 Scot은 Kennislink와 대화하는 데 매우 열정적이었습니다.
하늘에 밝은 번개가 뜬다면 전기가 자연에서 가장 인상적인 힘 중 하나라는 것을 즉시 깨닫게 될 것입니다. 오랫동안 사람들은 전기가 무엇인지 정확히 알지 못했습니다. 우리가 지금 알고 있는 스코틀랜드 사람 James Clerk Maxwell(1831 – 1879)에게 많은 부분 감사드립니다. 그는 수학 방정식에서 전기, 자기, 빛이 모두 전자기장이라는 동일한 표현임을 확립했습니다. 오늘날 전기가 없는 세상을 더 이상 상상할 수 없다는 사실은 주로 그의 덕분입니다.
덜 알려진 사실은 그가 색각, 가스 작동 및 토성의 고리와 같은 다른 분야에서도 성공을 거두었다는 것입니다. 그는 또한 최초의 컬러 사진을 만들었고 거장 시인이었습니다. 맥스웰은 따뜻하고 매력적인 성격을 지닌 사랑받는 사람이었습니다. Kennislink는 수학자, 물리학자와 '가상 인터뷰'를 진행했습니다.
씨 맥스웰 서기님, 만나서 반가워요. 당신이 Handsome Heads 시리즈에서 만난 물리학자들 중 단연 가장 어린 나이라는 사실을 알고 계셨나요? “그렇습니다. 감사합니다 초대를 위해. 영광이라고 생각해요. 분명히 내 작업은 필요한 영향을 미쳤습니다. 왜냐하면 나 자신이 그런 식으로 경험해 본 적이 없기 때문입니다. 나는 전자기학에 대한 나의 연구가 새로운 영역을 열 것이라고 생각하지만 이것이 과학에 어떤 결과를 가져올지는 예측할 수 없습니다.”
우리는 전자기학에 관한 방정식(잠시 후에 자세히 설명하겠습니다)을 Maxwell 방정식으로 알고 있지만 거의 '서기 방정식'이라고 부르지 않습니까? “그렇습니다. 아버지의 이름은 원래 John Clerk였습니다. 그러나 그는 스코틀랜드 남서부 미들비 지역의 토지에 대한 상속인으로 밝혀졌습니다. 그 지역은 맥스웰 가문의 소유였으며 토지를 인수하는 조건은 그가 맥스웰이라는 이름을 사용하는 것이었습니다. 그래서 그는 이름을 John Clerk Maxwell로 바꾸었습니다. 그렇게 해서 두 개의 성을 갖게 됐어요."
당신은 어린 시절의 대부분을 Middlebie에서 보냈습니다. 성장하기에 즐거운 곳이었나요? “예, 저희 부모님은 작지만 아늑한 집, Glenlair House를 갖고 계셨습니다. – Glenlair 마을에 건설되었습니다. 우리는 넓은 땅 한가운데에 농장을 갖고 있었습니다. 보고 발견할 것이 너무 많았습니다. 어릴 때부터 호기심이 많았어요.
각 장치가 어떻게 작동하는지 알고 싶었습니다. '어떻게 하는지 보여주세요! ’ 나는 소리쳤다. 그리고 아버지는 항상 그것을 기꺼이 설명하셨습니다. 동물도 좋아했고, 특히 우리 강아지들과 끈끈한 유대감을 형성했습니다."
당신의 수학 재능은 초등학교인 에든버러 아카데미에서 나타났습니다. 학교생활은 어땠나요? “처음에는 익숙해지는 데 시간이 좀 걸렸습니다. 학년이 시작되고 한 달 뒤에 시작했기 때문에 이미 그룹이 형성되어 있었습니다. 불량배 집단이 나를 '멍청이라고 불렀습니다. '('멍청이' 또는 '멍청이'를 의미하는 스코틀랜드어, ed.), 왜냐하면 나는 농가복을 입었고 그들의 눈에는 이상한 악센트가 있었기 때문입니다. 아 뭐, 웃을 수도 있었지만 상관은 없었어요. 처음에는 학교에서 꽤 외로웠지만 나중에는 Peter Guthrie Tait, Lewis Campbell과 좋은 친구가 되었습니다.
나는 학교 수업이 그다지 흥미롭지 않았다. 5학년이 되어서야 비로소 재미가 생겼습니다. 우리는 기하학을 배웠는데 매우 흥미로웠습니다. 나는 두 개의 고정된 끈 위에서 회전하는 펜을 사용하여 타원을 그리는 방식에 매료되었습니다. 나는 타원을 그리는 더 복잡한 방법을 탐구하고 그 수학을 설명했습니다. 아버지는 내 작품을 보자마자 에딘버러 대학의 제임스 포브스 교수에게 보여주셨고, 매우 인상적이었다고 하셨습니다. Forbes에 따르면 무슨 일이 일어났나요? 나는 17세기에 르네 데카르트(프랑스의 유명한 철학자 편집자)와 비슷한 작업을 했습니다. 그들은 그것이 열다섯 살짜리 소년에게는 매우 영리한 일이라고 생각했습니다."
어떤 면에서는 이것이 당신의 직업 경력의 시작이었습니다. 당신은 에딘버러와 나중에 캠브리지에서 계속 경력을 쌓았습니다. 색상에 대한 관심과 색상을 인식하는 방식은 공부하는 동안 시작되었습니다. 어떻게 된 일인가요? “어렸을 때 나는 이미 색상에 매료되었습니다. 한번은 John 삼촌이 나를 William Nicol의 연구실로 데려간 적이 있습니다. 그는 빛을 편광시킬 수 있는 프리즘을 만들었습니다. 이것은 당신이 보는 색상에 영향을 미쳤습니다. 매혹적이네요! 그러므로 나는 1849년에 James(Forbes 편집자)가 나에게 색을 보는 실험에 참여해 달라고 요청했을 때 매우 놀랐습니다.
우리는 색종이 조각을 놓을 수 있는 디스크로 작업했습니다. 디스크를 돌리면 그 조각들이 서로 어떤 색을 띠고 있는지 볼 수 있습니다. 예를 들어 우리는 어떤 색상 조합으로 회색이나 흰색을 만들 수 있는지 조사하려고 했습니다. 나중에 캠브리지를 졸업한 후에도 실험을 계속했습니다. 이제서야 녹색, 파란색, 빨간색의 조합으로 다른 색상을 만드는 방법을 살펴보았습니다."
그럼 이전에 영국인 Thomas Young이 그랬던 것처럼요? “실제로 그와 헬름홀츠는 우리 눈이 색상을 기본 색상인 빨간색, 녹색, 파란색의 혼합으로 본다는 이론을 개발했습니다. 나는 빨간색, 녹색, 파란색 빛의 양을 조절할 수 있는 일종의 색상 보기 상자를 디자인했습니다. 이를 통해 원색에 대한 사람들의 민감도를 측정할 수 있었습니다. 예를 들어, 색맹은 사람마다 다르며 색맹은 빨간색이나 녹색에 대한 민감도가 감소한 결과라는 사실을 발견했습니다.”
당신은 1860년에 당신의 작업으로 런던 왕립학회로부터 럼포드 메달(Rumford Medal)을 받았습니다. 하지만 아마도 그보다 더 아름다운 인정은 당신이 다음에 찍은 컬러 사진이었을 것입니다. “저는 Thomas Sutton에게 타탄 리본(킬트를 만드는 데에도 사용되는 스코틀랜드 직물, ed.)의 사진 세 장을 찍도록 시켰습니다. 매번 렌즈 앞에 빨간색, 녹색, 파란색 등 다른 컬러 필터를 사용했습니다. 세 장의 사진을 서로 겹쳐서 투사하면 컬러 사진을 얻을 수 있습니다. 우리는 1861년 왕립연구소 강연에서 이를 발표했습니다. 그들은 놀랐습니다. ”
당신은 천문학이라는 다른 분야에서도 이름을 떨쳤습니다. 당신은 1855년에 토성의 고리에 집중했습니다. 이유는 무엇입니까? “매우 간단합니다. 정말 간단합니다. 케임브리지 대학은 토성의 고리의 안정성을 가장 잘 설명하는 에세이로 1855년에 아담스 상을 받았습니다. 나는 막 졸업했고 케임브리지에서 내가 좋아하는 일을 하며 시간을 보낼 수 있었습니다. 저는 어릴 때부터 이 주제에 매료되었습니다.
최근 관찰에 따르면 고리가 항상 동일한 구조를 갖는 것은 아닙니다. 문제는 반지가 어떤 재료로 만들어졌는가였습니다. 피에르 시몬 라플라스(Pierre-Simon Laplace)는 이전에 고리가 단단하다면 느슨한 동심원 고리로 구성되어야 한다고 말했습니다. 나는 이것을 토대로 고리가 거대할 수 없다는 것을 보여주기 위해 뉴턴의 역학을 사용했습니다. 왜냐하면 고리가 행성을 향해 당겨져야 하기 때문입니다. 그리고 가스나 액체의 고리는 불안정한 파동이 발생하기 때문에 불가능합니다.
내 해결책:고리는 작고 느슨한 입자로 구성되었습니다. 나는 그들을 "벽돌 박쥐"라고 불렀습니다. 나는 또한 추가적인 증거로 작은 공이 달린 바퀴 모형을 만들었습니다. 상을 받게 되어 기뻤어요! 저는 심사위원 중 한 명인 Sir George Bidell Airy로부터 좋은 칭찬을 받았습니다. 제 작품은 '지금까지 본 것 중 가장 놀라운 물리학 수학 응용 중 하나'였습니다."
토성의 고리에 있는 가스 에너지에 대해 생각해 보면 가스 속 원자의 속도에 대한 새로운 통찰력을 얻게 되었습니다. 당시 가장 유명한 작품이었죠. 그것에 대해 말해 보세요. “나는 독일의 루돌프 클라우지우스(Rudolf Clausius)의 연구를 접했는데, 그는 가스 속의 입자들이 서로 충돌한다고 말했습니다. 충돌 횟수는 가스의 이동 속도를 크게 결정합니다. 그 당시 모든 사람들은 모든 가스 분자의 속도가 같다고 생각했습니다. 모든 분자가 똑같이 자주 충돌하는 것은 아니기 때문에 그럴 수 없습니다. 내 생각에는 모든 분자의 속도를 정확히 아는 것은 불가능합니다. 당신이 할 수 있는 일은 얼마나 많은 분자가 특정 속도를 가지고 있는지에 따라 일종의 확률 분포를 만드는 것이었습니다. 나는 그 분포에 대한 공식을 개발했습니다.”
오늘날 우리는 Ludwig Bultzmann이 작업을 확장했기 때문에 Maxwell-Boltzmann 분포라는 공식을 알고 있습니다. 통계학의 개념을 열역학에 도입한 놀라운 발견입니다. “저는 제가 새로운 길을 가고 있다는 것을 알았지만 그것이 물리학에 어떤 영향을 미칠지 전혀 몰랐습니다. 나는 그것에 대해서만 추측할 수 있었다. 열역학 분야는 아직 매우 새로운 분야였으며 "분자"라는 개념도 아직 널리 받아들여지지 않았습니다. 그런데 제가 올바른 길을 가고 있다는 말을 들으니 기분이 좋네요.”
전자기학에 대해 이야기해 보겠습니다. 이에 대한 아이디어는 어떻게 나오셨나요? “내가 살던 시대에는 많은 사람들이 전기와 자기에 관심을 가졌습니다. 이것은 덴마크 물리학자 Hans Christian Ørsted 덕분에 20년대(19세기 편집)에 만들어졌습니다. 그는 근처의 구리선에 전류가 흐를 때 나침반의 자침이 움직이는 것을 보았습니다. 이는 전기와 자기가 서로 관련이 있음이 틀림없다는 최초의 징후였습니다.
마이클 패러데이(Michael Faraday)는 이 작품에서 영감을 받은 많은 사람 중 한 명이었습니다. 그는 또한 전기와 자기에 대한 실험을 수행했으며 무엇보다도 코일에서 움직이는 자석이 전류, 즉 '자기 유도'를 생성하는 효과를 발견했습니다. 런던 킹스 칼리지에서 교수로 부임하면서 전자기학을 공부하기 시작했습니다. 자신이 본 효과에 대한 패러데이의 설명이 정말 마음에 들었습니다."
무슨 설명이었나요? “당시 많은 사람들은 뉴턴이 중력에 대해 설명한 것처럼 멀리서 작용하는 힘의 관점에서 생각했습니다. 반면에 패러데이는 힘을 우리 공간의 매체를 통해 퍼지는 장으로 보았습니다. 그는 소위 자력선, 힘선을 따라 힘을 파동으로 방출하는 전기 및 자기 소스를 사용하여 자신의 현상을 설명했습니다. .”
나는 편지로 패러데이에게 연락했는데, 그는 내가 그보다 40살 후배였을 때부터 그 점이 훌륭하다고 생각했습니다. 그런 다음 나는 그의 장과 장선 개념을 3차원의 수학적 장 방정식으로 정교하게 만들었습니다. 내 학교 친구 Peter(Guthrie Tait, ed.)가 복잡한 벡터 대수학에 대해 나를 도와주었습니다. 그래서 나는 현재 알려진 전기적, 자기적 효과를 설명하는 모음집을 갖게 되었습니다. 그런데 놀라운 사실을 발견했는데…”
“나는 앙페르의 법칙이 완전하지 않다는 것을 발견했습니다. 이 법칙에 따르면 전류가 흐르는 전선 주위에 원형 자기장이 생성됩니다. 이 법칙의 방정식을 다른 방정식과 비교했을 때 나는 그들이 완전히 일치하지 않는다는 것을 알았습니다. 이를 대칭으로 만들기 위해 방정식에 변위 전류라는 추가 항을 추가했습니다. 이 용어를 추가하면 내 방정식에 변화하는 전기장이 자기장을 생성한다고 나와 있습니다. 그렇습니다. 아직 실험에서 입증되지는 않았지만 그것은 시간문제일 것입니다.”
이제 방정식이 대칭이었는데, 방정식으로 무엇을 할 수 있나요? “예, 약간의 대수학을 통해 거의 동일한 두 개의 방정식을 얻었습니다. 하나는 전기장에 대한 것이고 다른 하나는 자기장에 대한 것입니다. 이 방정식의 해는 전기장과 자기장의 파동입니다. 하지만 이제 가장 놀라운 사실이 다가왔습니다. 이 파도가 이동해야 하는 속도를 계산했을 때 빛의 속도에 매우 가까운 숫자에 도달했습니다!
완전한 놀라움. 나는 전혀 빛을 좋아하지 않았습니다. 나는 빛이 전기나 자기와 어떤 관련이 있을 수 있다는 것을 조금도 의심해 본 적이 없습니다. 그리고 여기 내 방정식이 나왔습니다. 나는 빛이 무엇인지 알았습니다. 전자기파였습니다. 사실 빛, 전기, 자기는 모두 전자기장으로 설명할 수 있습니다!
몇 편의 시로 마무리하겠습니다. 당신은 인생에서 많은 시를 썼습니다. 멋진 시로 마무리하시겠습니까? "물론. 사랑에 관한 시 한 편 어떠세요? 이것은 내가 1858년에 아내 캐서린을 위해 쓴 시의 일부입니다:
<인용문>종종 밤에 이 외로운 방에서 나는 땅과 바다를 날아가서 어둠을 가르고 당신과 합류하고 싶습니다.
<인용문>그리고 당신은 나에게 기꺼이 날아갈 것입니다. 나는 당신을 잘 압니다, 나의 진정한 아내!우리는 우리가 가까이 살지 않을 때생명의 면류관을 잃는다고 느낍니다.
<인용문>그러나 나는 머지않아 한밤중에 모든 것이 낯선 곳 옆에서 만나고, 기차의 요란한 비행 중에 당신이 내 곁에 있기를 바랍니다."
James Clerk Maxwell에게 직접 질문을 하시겠습니까? 어느 것이 가능합니까! Maxwell에 대한 귀하의 가장 재미있거나, 가장 엉뚱하거나, 가장 흥미로운 질문이 궁금합니다. 늦어도 4월 19일까지 [이메일 보호됨]으로 '잘생긴 머리 콘테스트'라고 기재하여 보내주세요. 우리는 기사에 가장 독창적인 질문을 포함하고 가능한 한 최선의 답변을 제공하려고 노력합니다. 또한 네덜란드 물리학 협회(NNV)에서 제공하는 €42.50 상당의 아름다운 책 '물리학의 정경'을 받을 기회도 있습니다. 여기에서 이 대회에 대해 자세히 알아보세요.
