James Clerk Maxwell était un mathématicien écossais qui a fait des travaux révolutionnaires sur l’électricité, le magnétisme, l’optique et la théorie cinétique des gaz.
Il a notamment démontré que les champs électriques et magnétiques se propagent dans l’espace sous la forme d’une onde et à la vitesse de la lumière.
James Clerk Maxwell (1831-1879) était un physicien mathématicien écossais très innovant et influent. Il est surtout connu pour l’ensemble d’équations qu’il a formulées pour décrire clairement comment l’optique, l’électricité et le magnétisme sont toutes des manifestations du champ électromagnétique. Il est considéré comme le deuxième plus grand esprit dans ce domaine de la physique, juste derrière le légendaire Sir Isaac Newton.
James Clerk Maxwell est né à Édimbourg, en Écosse, en 1831. Il a grandi dans une famille assez aisée et n’était pas du genre à vouloir pendant ses premières années. La première éducation de Maxwell a commencé sur de très mauvaises bases. Bien qu’il soit un jeune homme brillant, le tuteur engagé pour l’éduquer était tout à fait terrible dans son travail. Le tuteur était très dur et inutile envers Maxwell. Avec le temps, le père de Maxwell congédia le tuteur et envoya le jeune homme à l’Académie d’Édimbourg. Le garçon de dix ans a eu du mal à l’académie car il a grandi principalement isolé. Maxwell a montré une habileté étonnante en géométrie. Cependant, il a été inscrit dans la mauvaise école au mauvais moment. L’école a négligé beaucoup de ses capacités et n’a jamais vraiment cultivé ses talents. Maxwell a remporté quelques prix scolaires, mais ils étaient de nature nominale. Il a pu écrire un article sur le sujet des courbes mathématiques intitulé Oval Curves et il a été acclamé. Maxwell s’est ensuite inscrit à l’Université d’Édimbourg où il a pu véritablement commencer à maîtriser ses études.
Les années universitaires de Maxwell
Les œuvres de Maxwell
Maxwell était loin d’être un simple universitaire en ce qui concerne les réalisations pour lesquelles il était connu. Parmi ses travaux les plus appréciés figurait la publication d’un traité intitulé A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field . Publié en 1865, l’ouvrage était révolutionnaire. Dans ses pages, une théorie unique a été présentée et elle a déclaré que les champs électriques et magnétiques se déplacent dans l’espace sous forme d’ondes. Plus important encore, ils se sont déplacés dans l’espace à la vitesse de la lumière. Maxwell a présenté son opinion sur la lumière et il a noté que la lumière est liée à la cause des phénomènes électriques et magnétiques. Ces notions seraient encore développées dans le temps et la théorie que la lumière et les phénomènes électriques partagent de tels traits a ouvert la voie à la découverte éventuelle des ondes radio. La distribution Maxwell-Boltzmann était une autre grande innovation dans laquelle il était impliqué. La distribution était centrée sur le thème de la théorie cinétique des gaz. En particulier, il s’agissait d’un système conçu pour employer un moyen statistique de décrire réellement les différents aspects liés à ces gaz.
Maxwell n’est peut-être pas aussi connu du grand public que des personnages emblématiques tels que Newton ou Einstein, mais le travail de sa vie a été extrêmement utile à l’avancement de la physique au 20e siècle, car un nombre important de théories ont été construites sur les découvertes de Maxwell au 19e siècle. . Parmi les domaines où il a grandement influencé le développement et l’innovation figurent la relativité restreinte et la mécanique quantique. Parmi ses pairs, il est sûr de dire que Maxwell a reçu beaucoup de reconnaissance. Après avoir compilé une liste des 100 meilleurs physiciens, Maxwell a été classé troisième sur la liste. Cela reflétait à quel point il était considéré comme important parmi les physiciens modernes. Parmi les choses les plus tristes à propos de James Clerk Maxwell, son décès est survenu à un si jeune âge. Il n’avait que 48 ans lorsqu’il est décédé car il a rapidement succombé à un cancer de l’abdomen, le même cancer qui a emporté sa mère.
James Clerk Maxwell : Éducation, faits et inventions
« Il est d’un grand avantage pour l’étudiant de n’importe quel sujet de lire les mémoires originaux sur ce sujet, car la science est toujours le plus complètement assimilée quand elle est à l’état naissant… »
Il y a trois noms clés dans l’histoire de la physique mathématique moderne : Isaac Newton, Albert Einstein et James Clerk Maxwell. Maxwell est né à Édimbourg, en Écosse. Les Lumières écossaises, la révolution industrielle, la philosophie et le romantisme allemands, la physique mathématique de l’Université de Cambridge et la culture victorienne ont tous eu un effet sur ses idées sur la nature. De plus, la philosophie de la nature de Maxwell était une combinaison de nombreux domaines d’études différents : tels que les mathématiques, la physique expérimentale, la métaphysique, la logique, la philosophie du langage, la psychologie théorique et cognitive, l’esthétique, le design décoratif, la théologie naturelle, la théologie personnelle, l’ingénierie électrique et mécanique, l’économie politique, la vision et la physiologie du mouvement.
Qui est James Clerk Maxwell ? 
Les contributions de Maxwell à la physique sont la théorie des couleurs et l’optique, la mécanique des solides et des fluides élastiques, l’astronomie, la physique moléculaire des gaz et, plus important encore, l’électromagnétisme. Ces contributions se caractérisent par la combinaison de la maîtrise mathématique, l’utilisation consciente du langage et des méthodes, l’esprit d’unité et l’utilisation mesurée de l’imagination dans la compréhension des phénomènes naturels et des théories mathématiques abstraites. Selon son ami et biographe Lewis Campbell, Maxwell était une grande fusion de l’industrie scientifique, de la perspicacité philosophique, du sentiment et de l’imagination poétiques et de l’humour enthousiaste.
Maxwell était le fils d’une famille respectée de Clerk de Penicuik dans la campagne du Midlothian en Écosse ; le nom de famille « Maxwell » a été ajouté à côté du greffier par la loi après que son père a hérité d’un domaine de ses ancêtres nommé Maxwell. Son arrière-grand-père avait étudié la médecine sous la direction du physicien hollandais Hermann Boerhaave, pour qui il a également composé. Il avait travaillé en partenariat avec le commentateur de Newton, le mathématicien écossais Colin Maclaurin, et était devenu un expert et collectionneur d’art méticuleux. 
Il a conçu l’une des plus magnifiques maisons palladiennes avec l’architecte écossais William Adam et a écrit sur l’exploitation minière avec un regard novateur sur l’architecture souterraine. Son arrière-grand-oncle était un peintre technique et sculpteur spécialisé dans le paysage et l’architecture ; il était un expert en minéralogie, géologie et exploitation minière qui a contribué à Les travaux géologiques de James Hutton, y compris des diagrammes et des illustrations de la théorie de la Terre de Hutton. Son oncle était à la tête de la délégation qui a conçu les normes impériales de poids et de mesure. Son père était un propriétaire terrien, un avocat intéressé par les développements technologiques et scientifiques, qui a conçu une nouvelle machine à imprimer. Il a emmené son fils aux réunions de la Royal Society of Edinburgh et de la Royal Scottish Society of Art. Sa mère est décédée en 1839 alors que Maxwell était très jeune et il a commencé à vivre avec sa cousine Jemima Wedderburn, qui a épousé le mathématicien Hugh Blackburn, un collègue de William Thomson (plus tard Lord Kelvin) de Glasgow. Sa cousine Jemima Ruskin était une aquarelliste à succès et une dessinatrice victorienne. Les peintres qu’elle connaissait, comme Millais et Landseer, aimaient son travail.
Ainsi, Maxwell avait fait partie d’un riche environnement social, culturel et intellectuel à un âge précoce. La religion était importante aussi. Maxwell a connu à la fois la croyance presbytérienne écossaise de son père et la foi épiscopale de sa tante Jane Cay. Ils ont souligné la valeur de la connaissance du monde en préconisant l’utilisation d’innovations dans la recherche et la compréhension de la nature pour reconnaître et glorifier le Créateur à travers son travail. Cela reposait notamment sur la conception et la construction de modèles imaginaires et réels, d’outils et sur la manipulation expérimentale de produits chimiques et d’objets.
La carrière éducative de Maxwell
Entre 10 et 16 ans, Maxwell a fréquenté la prestigieuse Académie d’Édimbourg ; ici, ses compétences en dessin et en poésie ont immédiatement attiré l’attention, et il est devenu un spécialiste de la géométrie compétent et a commencé à faire de la science amateur. Les traces de son amour pour les modèles scientifiques remontent aux jeux et jouets de son enfance. Il entre à l’Université d’Édimbourg en 1847, s’inscrit pour étudier la littérature, puis étudie la philosophie naturelle pendant trois ans auprès du philosophe naturaliste James Forbes, l’un des fondateurs de la British Scientific Progress Association. Il a appris la chimie, les mathématiques à la Cambridge, la rhétorique, la logique d’Aristote et de Kant et la métaphysique.
Il a ensuite déménagé à Cambridge, où il a été influencé par William Whewell, le scientifique polyvalent, instructeur du Trinity College, historien idéaliste, philosophe des sciences, historien de l’architecture, poète, moraliste et éducateur. Maxwell a appris la culture métaphysique du romantisme allemand, les classiques, la théologie et l’attachement intellectuel et émotionnel à la Trinité. Il est devenu membre du groupe de discussion secret connu sous le nom de Cambridge Apostles et a enseigné au Working Men’s College, inspiré par les socialistes chrétiens et dirigé par le théologien FD Maurice. Après la mort de son père, Maxwell obtient son diplôme en 1854 et prend les rênes des terres écossaises dont il a hérité. En 1856, il travaille au Marischal College d’Aberdeen. Il a continué à enseigner aux ouvriers et a épousé la fille du directeur, Katherine Dewar. Lorsque la tâche a été annulée en 1860, Maxwell a déménagé au King’s College de Londres. Ici, il a rejoint l’initiative de la British Science Association visant à établir de nouvelles normes électriques pour la Grande-Bretagne, dirigée par Thomson (Kelvin). Thomson consacrait sa vie scientifique à des applications mathématiques, expérimentales et technologiques qui avaient de nombreux cas d’utilisation, mais étaient planifiées dans un cadre étroit. Selon lui, le défi de comprendre, d’anticiper et de gérer la nouvelle économie victorienne était de faire autant de mesures que possible.
Introduction à la théorie des couleurs
Maxwell voulait appliquer la même idée aux cycles naturels plutôt qu’à la production – leur mesure nécessitait également un langage d’homogénéité, de généralité et de précision basé sur des hypothèses existantes. Cette tradition était essentielle pour le nouveau réseau de câbles télégraphiques qui soutient le laboratoire de Glasgow de Thomson, la production d’outils de mesure de précision, et même l’Empire britannique lui-même. En 1871, Maxwell est nommé professeur de physique expérimentale à Cambridge et directeur du laboratoire Cavendish. Le laboratoire, qui poursuivra en partie la normalisation des unités électriques, a été spécialement conçu par Maxwell, qui y a ajouté plus tard l’atelier électrotechnique. 
Au cours de ses études de premier cycle à Cambridge (il a plaidé pour les rapports mathématiques entre les couleurs), il a conçu des disques de couleurs rotatifs pour examiner la description quantitative du mélange de couleurs avec les normes fournies par David Hay, puis des boîtes de couleurs similaires aux maisons de jeu pour analyser le séparation spectrale des différentes couleurs. Sur la base du concept de champ de vision dans la littérature physiologique allemande, il a proposé l’idée du «champ de couleur». Ainsi, il a prouvé la proposition de Thomas Young pour la théorie des trois récepteurs dans sa vision des couleurs de 1802. Pour illustrer la théorie de Young à la Conférence du Royal Institute en 1861, Maxwell réussit à refléter la première photographie en couleur.
Ondes électromagnétiques
James Clerk Maxwell a combiné la mécanique et l’optique dans sa contribution la plus célèbre à la science. Il a expliqué la théorie mathématique de l’électromagnétisme sur les champs électriques et magnétiques de force et d’énergie. Maxwell a adopté les résultats expérimentaux de Michael Faraday, la relation entre l’électricité et le magnétisme, les définitions de la nature rotationnelle du magnétisme et l’idée que les forces électriques et magnétiques agissent de manière répétée avec les courbes de force dans la tension des pôles opposés. Maxwell et Thomson ont utilisé des équations différentielles pour montrer la relation de cause à effet entre deux objets en mouvement l’un à côté de l’autre. C’était différent du modèle de Newton d’un effet à distance.
Ainsi, Maxwell a formulé la théorie unifiée de l’électromagnétisme, basée sur les champs de force et d’énergie et valable en tout point de l’espace. Cette théorie reposait sur l’idée d’un « éther mécanique » se répandant dans l’espace, tel un muscle invisible qui emmagasine l’énergie – qui se mesure par sa capacité à travailler – et assure la communication. Il a essayé de comprendre l’électromagnétisme et l’éther en constituant des modèles de contraintes mécaniques et d’énergie sous la forme de tubes où s’écoulent des fluides.
En 1861, il présente le modèle moléculaire de l’éther électromagnétique avec des tourbillons microscopiques tournants en contact roulant. La théorie prévoyait la présence d’ondes électromagnétiques et la valeur de la vitesse de propagation, qui est très proche de la vitesse expérimentale de la lumière. Maxwell déduit de cette équation que la lumière doit être une onde électromagnétique, réduisant l’optique à l’électromagnétisme. Pour cette raison, Maxwell est souvent qualifié de « plus grand scientifique de son époque » et de « plus grand physicien de tous les temps » après Newton et Einstein. Au fil du temps, Maxwell a choisi de faire des explications générales sécurisées à partir de principes généraux au lieu de la représentation moléculaire mécanique de la transmission d’un effet électromagnétique incomplet. Ses idées ont été compilées dans son plus grand ouvrage, A Treatise on Electricity and Magnetism, en 1873. Les applications de la physique moléculaire allaient de l’astronomie aux molécules microscopiques.
Maxwell ouvre la voie à Einstein
Maxwell a pu expliquer la stabilité des anneaux de Saturne à la vitesse d’un nombre infini de petites particules indépendantes se déplaçant à différentes distances autour de la planète. Ce modèle rotatif a accru l’intérêt pour les études moléculaires statistiques des caractéristiques macroscopiques telles que la température, la pression et la viscosité dans la théorie dynamique des gaz. Ses travaux sur le comportement thermodynamique ont finalement inspiré le modèle moléculaire rotatif de la conduction mécanique électromagnétique adjacente dans l’éther. Avec l’arrivée de la mécanique quantique au XXe siècle, ces nouveaux modèles moléculaires ont fini par échouer en partie. Cependant, ils ont renforcé l’utilisation de la méthode statistique basée sur la théorie des probabilités, qui décrit les caractéristiques de groupe d’une population de molécules identiques et le comportement de grands systèmes. En revanche, la «méthode historique» ne décrivait les propriétés et l’évolution de molécules individuelles qu’au niveau microscopique.
Maxwell est connu pour avoir utilisé le terme de mécanique « statistique » pour la première fois lorsqu’il a tenté de décrire son approche de la physique. Le nom de Thomson, « le démon de Maxwell », faisait référence à l’existence fictive de la dimension moléculaire ; c’est l’état scientifique d’Alice, créé par cette expérience de pensée, qui a démontré la possibilité d’inverser le flux de chaleur du chaud au froid au niveau moléculaire. Il a découvert que le processus macroscopique irréversible décrit par Thomson dans la deuxième loi de la thermodynamique ne pouvait avoir qu’une précision statistique.
C’est pourquoi les contributions de Maxwell à la physique, à travers les théories des forces constantes et de la matière discrète, représentent les grands sommets de la vision mécanique du monde et de la tradition de la philosophie naturelle. Ils ont ouvert la voie à la théorie de la relativité et à la physique quantique d’Einstein au début du XXe siècle.
Plus important encore, Livingstone puis Stanley avaient attisé l’enthousiasme des peuples et des États pour la découverte de l’Afrique. Car cet effort impliquait une volonté d’acquérir de nouvelles terres. Au début du XXe siècle, les cinq pays participant à cette course – Angleterre, Belgique, France, Allemagne et Portugal – se partageaient la majeure partie du continent africain.
James Greffier Maxwell scientifique Écossais
La représentation par James Clerk Maxwell des forces électromagnétiques en tant que «champs» a révolutionné la physique au 19e siècle. Maxwell a pris le travail de Michael Faraday et a créé une formule mathématique qui relie le magnétisme et l’électricité. Son travail a créé une base pour l’ingénierie électrique moderne et a ouvert la voie aux rayons X et au radar. Les autres réalisations de Maxwell comprenaient des travaux sur la couleur, notamment la production de ce qui était probablement la première photographie couleur en 1861. Il a également produit des travaux révolutionnaires sur la théorie cinétique des gaz et sur la nature des anneaux de Saturne. Dans Albert Einsteina déclaré que le travail de Maxwell était «le plus profond et le plus fructueux que la physique ait connu depuis l’époque de Newton», et que sa théorie de la relativité devait ses origines aux calculs de Maxwell.
James Greffier Maxwell (1831-1879)
Physicien et mathématicien écossais. Les recherches de Maxwell ont uni l’électricité et le magnétisme dans le concept de champ électromagnétique. A Londres, vers 1862, Maxwell calcule que la vitesse de propagation d’un champ électromagnétique est approximativement celle de la vitesse de la lumière. Il a proposé que le phénomène de la lumière soit donc un phénomène électromagnétique. Les quatre équations aux dérivées partielles, maintenant connues sous le nom d’équations de Maxwell, sont apparues pour la première fois sous une forme pleinement développée dans Electricity and Magnetism (1873). Il est mort relativement jeune ; certaines des théories qu’il a avancées en physique n’ont été prouvées de manière concluante que longtemps après sa mort. Les idées de Maxwell ont également ouvert la voie à la théorie de la relativité restreinte d’Einstein et à la théorie quantique
1861-05-17 Première photographie couleur d’un ruban tartan présentée par le scientifique écossais James Clerk Maxwell à la Royal Institution de Londres
1864-12-08 L’article de James Clerk Maxwell « A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field » est lu pour la première fois par la Royal Society à Londres (publié par la Royal Society 1865)
https://www.britannica.com/biography/James-Clerk-Maxwell
https://www.onthisday.com/people/james-clerk-maxwell
https://totallyhistory.com/james-clerk-maxwell/