جيمس كليرك ماكسويل

ولد جيمس كليرك ماكسويل في 13 يونيو 1831 في 14 إنديا ستريت في إدنبرة، للمحامي جون كليرك ماكسويل من ميدلبي، وفرانسيس كاي ابنة روبرت هودشون كاي وشقيقة جون كاي. (أصبح مسقط رأسه يضم الآن متحفًا تديره مؤسسة جيمس كليرك ماكسويل).[33] كان والده رجلًا غنيًا ومقتدرًا من عائلة كليرك من بينيكويك التي تمتعت بمرتبة بارون كليرك بينيكويك. كان شقيق والده هو البارونيت السادس. ولد الأب باسم «جون كليرك»، وأضاف ماكسويل إلى اسمه بعد أن ورث ملكية ميدلبي (حين كان طفلًا رضيعًا عام 1793)، وهي ملكية ماكسويل في دومفريسشاير. كان جيمس ابن العم الأول للفنانة جميما بلاكبيرن (ابنة أخت والده) والمهندس المدني ويليام دايس كاي (ابن شقيق والدته). كان كاي وماكسويل صديقين مقربين، ووقف كاي بصفته إشبينًا لماكسويل حين تزوج.[34][35]

التقى والدا ماكسويل وتزوجا حين كانا في الثلاثينيات من العمر؛ كانت والدته تبلغ من العمر 40 عامًا تقريبًا حين أنجبته. أنجبا قبله ابنة اسمها إليزابيث، توفيت في سن الطفولة.[36]

حين كان ماكسويل صغيرًا، انتقلت عائلته إلى غلينلير في كيركيدبرايتشاير وكان قد شيدها والداه على أرضٍ تبلغ مساحتها 1500 فدان (610 هكتار). تشير جميع الدلائل إلى أن ماكسويل حافظ على فضول لا ينضب منذ سن مبكرة. في سن الثالثة، كان كل ما يتحرك أو يلمع أو يصدر ضوضاء يدفعه لطرح السؤال: «ما هذا؟». في فقرة أُضيفت إلى رسالة من والده إلى أخت زوجته جين كاي في عام 1834، وصفت والدته حب الاستطلاع الفطري لديه كالتالي:

إنه رجل سعيد جدًا وقد تحسن كثيرًا منذ أن اعتدل الطقس. إنه بارع فيما يخص الأبواب والأقفال والمفاتيح وما إلى ذلك، ولا يمل أبدًا من تكرار جملة «أرني كيف يتم ذلك». يحب البحث في المسير الخفي للأنهار والأسلاك الجرسية، والطريقة التي يتدفق بها الماء من البركة عبر الجدار....[37]

أدركت الوالدة إمكانات الصبي، وتحملت فرانسيس والدة ماكسويل مسؤولية تعليمه المبكر، وكان التعليم آنذاك يقع على عاتق ربة المنزل في العصر الفيكتوري إلى حد كبير. في الثامنة استطاع أن يقرأ مقاطع طويلة من كتابات ميلتون ومزمور 119 كاملًا (176 آية). في الواقع، كانت معرفته بالكتاب المقدس مفصلة بالفعل، إذ كان قادرًا على تذكر السورة والآية التي ينتمي إليها أي اقتباس من المزامير. أُصيبت والدته بسرطان المعدة، وتوفيت في ديسمبر 1839 بعد عملية جراحية فاشلة، وكان يبلغ من العمر آنذاك ثماني سنوات. أشرف على تعليمه بعد ذلك والده وخالته جين، ولعب كلاهما أدوارًا محورية في حياته.[38] بدأ تعليمه الرسمي بدايةً غير موقفة تحت إشراف معلم مأجور يبلغ من العمر 16 عامًا. لا يُعرف سوى القليل عن الشاب الذي وُظف لتعليم ماكسويل، باستثناء أنه عامل الصبي الصغير بقسوة، وكان يوبخه لكونه بطيئًا ومشاكسًا. طُرد المعلم في نوفمبر 1841. اصطحب والد جيمس إياه إلى عرض روبرت ديفيدسون للدفع الكهربائي والقوة المغناطيسية في 12 فبراير 1842، وتركت التجربة آثارًا عميقة على الصبي.[39]

أُرسِل ماكسويل إلى أكاديمية إدنبرة المرموقة. أقام خلال فترات الفصل الدراسي في منزل خالته إيزابيلا. خلال ذلك الوقت، زاد شغفه بالرسم لتأثره بابنة عمه الكبرى جميما. لم يستطع ماكسويل البالغ من العمر 10 سنوات، والذي نشأ في عزلة في مزرعة والده الريفية، أن يندمج جيدًا في المدرسة. كانت مقاعد السنة الأولى محجوزة بالكامل، فاضطر إلى الانضمام إلى السنة الثانية مع زملاء يكبرونه في السن. أذهلت سلوكياته ولهجة غالاوي الأولاد الآخرين واعتبروها ريفية.[40] وصل إلى المدرسة في يومه الأول مرتديًا زوجًا من الأحذية المصنوعة منزليًا وسترة، وأُطلق عليه لقب غير لائق وهو «الأبله». لم يبدُ أبدًا أنه يستاء من اللقب، وتحمله دون شكوى لسنوات عديدة. انتهت عزلته الاجتماعية في الأكاديمية حين التقى لويس كامبل وبيتر غوثري تايت، وهما صبيان من نفس العمر أصبحا باحثين بارزين في وقت لاحق من حياتهما. ظلوا أصدقاء مدى الحياة.[41]

كان ماكسويل مفتونًا بالهندسة في سن مبكرة، إذ أعاد اكتشاف متعدد السطوح المنتظم قبل أن يتلقى أي توجيه رسمي. فاز بجائزة المدرسة الكتابية للسيرة الذاتية في سنته الثانية، ورغم ذلك لم يلفت عمله الأكاديمي الانتباه حتى فاز بميدالية المدرسة الرياضية والجائزة الأولى في اللغة الإنجليزية وفي الشعر، وذلك في سن الثالثة عشر من عمره.[42]

ذهبت اهتمامات ماكسويل إلى ما هو أبعد من منهج المدرسة ولم يولِ اهتمامًا خاصًا لأداء الاختبار. كتب أول عمل علمي له في سن الرابعة عشرة. وصف فيها وسيلة ميكانيكية لرسم منحنيات رياضية باستخدام قطعة حبل ملفوف، بالإضافة إلى سمات القطع الناقص والأشكال البيضاوية الديكارتية والمنحنيات ذات الصلة التي تمتلك أكثر من بؤرتين.[43] قدم جيمس فوربس، أستاذ الفلسفة الطبيعية في جامعة إدنبرة، عملًا لماكسويل عام 1846 باسم «حول وصف المنحنيات البيضاوية والمنحنيات متعددة البؤر» إلى الجمعية الملكية في إدنبرة، إذ كان ماكسويل أصغر من أن يقدم العمل بنفسه. لم يكن العمل أصليًا تمامًا، نظرًا لأن رينيه ديكارت كان قد عاين أيضًا سمات القطوع الناقصة متعددة البؤر هذه في القرن السابع عشر، لكن ماكسويل بسّط بنائها.[44]

تخرج ماكسويل في جامعة كمبردج سنة 1854 حاملاً درجة علمية في الرياضيات، وكان الثاني في الترتيب بعد إدوارد روث (1831 ـ 1907)، فعمل بالتدريس في الجامعة حتى أبلغه أستاذه فوربس بخلو كرسي الفلسفة الطبيعية في كلية ماريشال (التي أصبحت فيما بعد جزءاً من جامعة أبردين) وحثه على التقدم لشغل ذلك الكرسي[49] فتقدم له وقُبل، ليترك جامعة كمبردج في نوفمبر 1856.[50]

أثناء أستاذيته في أبردين (1856 ـ 1860) قضى ماكسويل عامين في دراسة حلقات كوكب زحل وأثبت أنها جسيمات صغيرة كثيرة العدد تدور حول الكوكب.[51] ونتيجة لذلك البحث (الذي عنونه «عن استقرار حلقات زحل») نال ماكسويل سنة 1859 جائزة آدامز التي كانت قيمتها آنذاك 130 جنيهاً استرلينياً.

وأثناء وجود ماكسويل في كلية ماريشال تعرف إلى ابنة مدير الكلية «كاترين ماري ديوار» (التي كانت تكبره بسبع سنوات كاملة) وتقدم لخطبتها سنة 1858 وتزوجها في أبردين في 2 يونيو 1859.

وفي سنة 1860 اندمجت كلية مارشال مع كلية الملك المجاورة لتكونا جامعة أبردين، ولم يعد هناك مكان لأستاذين للفلسفة الطبيعية معاً، فوجد ماكسويل نفسه في موقف غير معتاد بالنسبة لقامته العلمية، مما دفعه إلى التقدم لشغل كرسي أستاذه فوربس الذي تصادف خلوه في نفس الوقت ولكنه فشل في الحصول على هذا الكرسي، لكنه سرعان ما نجح في الحصول على كرسي الفلسفة الطبيعية في كلية الملك بلندن[52]، وهو المنصب الذي شغله بدءاً من سنة 1860.

أول صورة فوتوغرافية ملونة دائمة أخذت من قبل ماكسويل في 1861

كانت السنوات التي قضاها ماكسويل في كلية الملك من أكثر سنوات حياته العلمية إنتاجاً؛ ففيها نال ماكسويل وسام رمفورد (بالإنجليزية: Rumford Medal)‏ من الجمعية الملكية سنة 1860 عن أبحاثه عن الألوان، ثم انتخب في العام التالي (1861) عضواً بالجمعية نفسها.[53] وفي تلك الفترة عرض ماكسويل أول صورة فوتوغرافية ملونة في العالم، وطور أفكاره حول لزوجة الغازات، وعرض نظاماً لتوصيف الكميات الفيزيائية، يسمى التحليل البُعدي (بالإنجليزية: dimensional analysis)‏، وقد دأب ماكسويل على حضور المحاضرات بالمؤسسة الملكية (بالإنجليزية: Royal Institution)‏، مما أتاح له الفرصة للاقتراب من العالم مايكل فاراداي الذي كان يكبره بأربعين عاماً.[54]

في تلك الفترة أيضاً اكتشف ماكسويل اكتشافاته العظيمة التي أسهمت في تقدم الفهم العلمي للكهرومغناطيسية؛ إذ تناول بالبحث طبيعة المجالات الكهرومغناطيسية في ورقة علمية من جزءين نشرها سنة 1861 بعنوان «عن الخطوط الفيزيائية للقوى» (بالإنجليزية: On physical lines of force)‏، وفيها قدم نموذجاً تخيلياً للحث الكهرومغناطيسي، وفي عام 1862 أضاف ماكسويل جزءين جديدين إلى هذه الورقة البحثية، ناقش في أولاهما طبيعة الكهروستاتيكا وتيار الإزاحة. وفي الثانية تناول بالبحث دوران مستوى استقطاب الضوء في المجال المغناطيسي، وهي ظاهرة اكتشفهافاراداي وتعرف اليوم باسم «تأثير فاراداي».

وهو أول من توصل الي معادلة بين المغناطيس والكهرباء ووضح الفعل ورد الفعل ومعدلاته بسيطة وشاملة وأشار إلى عدم محدودية الموجات وأن سرعتها 299792.458 كم/ث وهي سرعة الضوء وأشار الي وجود موجات أخرى وهذا ما توصل إليه هيرتز واستخدمها ماركوني في الراديو ومعادلات ماكسويل هي أساس البصريات ولقد توفي في سنة 1879.