Джеймс Клерк Максвелл

Джеймс Клерк Максвелл.

(англ. James Clerk Maxwell) (13.06.1831, Единбург, — 5.11.1879, Кембридж).

.

Джеймс Клерк Максвелл — англійський фізик, творець класичної електродинаміки, одного з засновників статистичної фізики, організатор і перший у директор (з 1871) Кавендишської лабораторії. Як і більшість інші значні англійські натуралісти XVIII… XIX століть, наприклад великі геологи Джеймс Хаттон і Чарлз Лайель, Джеймс Клерк Максвелл був шотландцем.

Он народився 13 червня 1831 року у Единбурзі у ній поміщика і дворянина. Походив з знатної шотландської прізвища Клерків Пеникуик. Батько його, юрист за освітою, прийнявши прізвище Максвелл, жив у своєму маєтку в Гленлэре, що й протекло дитинство Джеймса. До його предків можна знайти політичних діячів, поетів, музикантів і ученых.

Отец Максвелла була освіченим людиною з різнобічними інтересами. Він рідко залишав своє маєток та фахової діяльністю (радником юстиції) займався лише від нагоди випадку. Він приймав живе що у індустріальному економічному розвитку країни, та, крім того, його постійним заняттям були різні невеликі технічні винаходи. Після ранню смерть матері (вона, коли Джеймсу було вісім років) батько дбайливо виховував хлопчика. У першому плані стояли заняття природними науками. У Джеймса дуже рано пробудився інтерес до техніки і розвинулися практичні навыки.

В злагоді із національними традиціями й суспільними умовами велике місце у вихованні відводилося релігійним наставлянням на кшталт англійського протестантизму. Дитячим років зобов’язаний був Максвелл і Ющенко своєю дивовижним знанням тексту Біблії і віршів із «Втраченого раю» Мільтона. У іншому маленький Джеймс ріс розвивалося серед дітей службовців маєтки і дрібних селян, але, як підкреслює біограф, «з духовними запитами члена правлячого класса».

Первый досвід уроків вдома призведе до очікуваного успіху. На жорсткі виховні заходи домашнього вчителя хлопчик відповідав упертістю і замкнутістю. У аристократичної школі, що він відвідував згодом, Джеймс звернули увагу завдяки великим математичним здібностям. Особливо любив він геометрію. Про Ейнштейна згадують, що у 12 років він захоплювався «священної збірочкою по геометрії». Максвелл також вважався людиною немає від світу цього. Він налагодити правильні відносини з своїми шкільними товаришами. Вони дражнили його й давали йому прізвиська. Свою роль грала у своїй одяг, що його батько — він багато в чому диваком — замовляв для мальчика.

В 1841 р. Джеймс Максвелл віддано був у гімназію в Единбурзі; до 1846 р. належить перша його вчена робота. У 14 років Максвелл був нагороджений медаллю за блискучі успіхи у математиці. Через рік старший Максвелл представив Эдинбургской Академії наук, в засіданнях якій він іноді брав участь у як гість, перше наукове твір тато свого сина, коли один знайомий учений додав роботі школяра відповідну академічну форму. У творі розглядався новий, раніше невідомий математикам метод креслення еліптичних постатей. Робота називалася «Про черчении овалів про овалах із багатьма фокусами» (1846, опублікована 1851).

Перейдя в 1847 р. в единбурзький університет, Максвелл, під керівництвом Келланда, Форбса та інших., жартома розпочав вивчення фізиків і математиків; його роботи, що стосуються цієї часу, вказують вже в незвичайні її спроможність. Доти він займався питаннями оптики, особливо поляризацією світла, і кільцями Ньютона. Їм переважно керував фізик Вільям Ніколь, ім'я якого залишилося жити у історії науки в назві призми, даному у його честь.

В областях, які мають ставлення до його предмета, Максвелл також намагався отримати глибокі знання. Пізніше, вимагаючи, щоб освіту молодих натуралістів не обмежувалося будь-яким спеціальним предметом, він спирався на власний досвід. Для поглибленого розуміння проблем природознавства він вважав за необхідне вивчення філософії, історії науку й эстетики.

В 1850 г. Максвелл вступив у Кембридж, де колись працював Ньютон, а 1854 року з академічної ступенем закінчив його. Після цього з раді Вільяма Томсона він почав вести приватні дослідження у сфері электричества.

В 1855 Максвелл став членом ради Тринити-колледжа.

Первая велику роботу Максвелла — «Про фарадеевых силових лініях» — з’явилася 1855 року. Больцман, через 14 років видав цей твір німецькою в «Оствальдовских класиках», підкреслив у примітках, що вони ця перша стаття Максвелла разюче глибока за змістом і дає уявлення у тому, як планомірно підходив на роботу молодий физик.

Больцман вважав, політика щодо гносеологічних питань природознавства вплив Максвелла було таким самим визначальним, як й у теоретичній фізиці. Усі тенденції розвитку фізики у наступні десятиліття були вже зрозуміло є такі У першій статті Максвелла і найчастіше навіть наочно пояснювалися тими самими порівняннями. Вони багато в чому збігалися з сформованими пізніше поглядами Кирхгофа, Маху і Герца.

Уже у роботі 1855 року Максвелл висловив думку, що він повторив на більш пізніх роботах: силові лінії Фарадея слід становити як тонкі трубочки зі змінним перерізом, якими струменіє несжимаемая рідина. Цю гидродинамическую модель електричного струму, яка з уявлень Фарадея, Максвелл не вважав, проте, відбитком дійсності, вони мали служити допоміжним засобом і полегшувати новий підхід до електродинаміки шляхом застосування механічної аналогии.

Наряду вивчення електродинаміки молодий вчений займався також експериментальними дослідженнями фізіології колірного зору. Одним із перших його досліджень було роботи з фізіології і фізиці кольорового зору колориметрии (1852−72). У 1861 року Максвелл вперше демонстрував кольорове зображення, одержаний одночасного проектування на екран червоного, зеленого і синього діапозитивів, довівши цим справедливість трёхкомпонентной теорії кольорового зору одночасно намітивши шляху створення кольорової фотографії. Він створив в з перших приладів для кількісного виміру кольору, названих диска Максвелла.

Независимо від Гельмгольца, який того року в Кенігсберзі зробив свою знаменитий доповідь «Про зір людини», Максвелл, який був молодший десять років, шукав у відповідь ті запитання і дійшов подібним результатам. У той час членом ради Тринити-колледжа експериментував з теорії квітів, виступаючи як продовжувач теорії Юнга і теорії з трьох основних квітів Гельмгольца. У експериментах зі змішування квітів Максвелл застосував особливий дзига, диск якого було розділений на сектори, забарвлені у різні кольору (диск Максвелла). При швидкому обертанні дзиги кольору зливалися: якщо диск була зафарбована оскільки розташовані кольору спектра, він здавався білим; якщо одну його половину закрашивали червоним, а іншу — жовтим, воно здавалося помаранчевим; змішування синього і жовтого створювало враження зеленого. У 1860 за роботи з сприйняттю кольору та оптиці Максвелл нагородили медаллю Румфорда.

Его кольорової дзига невдовзі вже використовувався Гельмгольцем для дослідження дальтоніків, у ході підтвердилася правильність поглядів Максвелла.

Чтобы показати противникам теорії близкодействия, що вони знайомі з вченням про силах дальнодействия і математично володіє їм, Максвелл досліджував особливо важкий випадок тяжіння мас — загадку кілець Сатурна.

В 1857 Кембриджський університет оголосив конкурс на кращу роботу про сталість кілець Сатурна. Ці освіти було відкрито Галилеем на початку 17 в. Він наглядав їх в розпливчастою формі, але Гюйгенс описав їх дійсний вид. Вони представляли дивовижну загадку природи: планета здавалася оточеній трьома суцільними концентричними кільцями, які з речовини невідомої природи. Ці кільця були предметом спору дослідників; одні вважали їх твердими, інші - рідкими. Лаплас довів, що вони можуть бути твердими. Провівши математичний аналіз, Максвелл переконався, що вони можуть бути відкрита і рідкими, й дійшов висновку, що така структура то, можливо стійкою в тому разі, якщо складається з рою які пов’язані між собою метеоритів. Стійкість кілець забезпечується їх притяганням до Сатурну і взаємним рухом планети і метеоритів. За роботу Максвелл отримав премію Дж. Адамса. Пізніше спектроскопічні дослідження таки підтвердили це толкование.

Одной із перших робіт Максвелла стала його кінетична теорія газів. У 1859 учений виступив на засіданні Британської асоціації з доповіддю, у якій навів розподіл молекул за швидкостями (максвелловское розподіл). Максвелл розвинув уявлення свого попередника в розробці кінетичною теорії газів Р. Клаузиуса, запровадивши поняття «середньої довжини вільного пробігу». Максвелл виходив з ставлення до газі як про ансамблі безлічі ідеально пружних кульок, хаотично рухомих в замкненому просторі. Кульки (молекули) можна розділити на групи з швидкостям, причому у стаціонарному стані число молекул у всіх групах постійний, хоча можуть виходити з груп, і укладати них. З такого розгляду слід було, що «частки розподіляються за швидкостями по того ж таки закону, з якого розподіляються помилки спостережень теоретично методу найменших квадратів, тобто. відповідно до статистикою Гаусса». У межах своєї теорії Максвелл пояснив закон Авогадро, дифузію, теплопровідність, внутрішнє тертя (теорія перенесення). У 1867 показав статистичну природу другого початку термодинаміки («демон Максвелла»).

В 26 років здатний молодий дослідник отримав запрошення посаду професора фізики до коледжу в Абердині. Там він викладав 3 роки. Він був бездоганним академічним викладачем, певне, у 1860 року, коли маленька вища школа об'єдналася з інший, з його подальших послуг відмовилися. Заяву у університет Единбурга було відхилено на аналогічних підставах. І тут досвідченого вчителя віддали перевагу творчо мислячій досліднику. Максвелл кілька днів провів у своєму маєтку, але у тому ж році прийняв запрошення в Лондон.

По закінченні університету Максвелл вирішив присвятити себе науці, і переїхав до 1860 р. в Кембридж в Тринити коледж, де у продовження 4 років невпинно працював, вивчаючи улюблені науки; уважне вивчення робіт Фарадея дало напрям усієї його діяльності.

Развивая ідеї М. Фарадея, Максвелл створив теорію електромагнітного поля (рівняння Максвелла).

Пять лондонських років (1860…1865) були справді продуктивними у житті вченого. Максвелл працював, як експериментатор як і теоретик одночасно у багатьох областях. У вченні про фізіології кольору він іноді експериментував разом із Гельмгольцем, з яким він познайомився під час його поїздки до Англію в 1864 року. «З однією старою берлінським іншому, — писав Гельмгольц свою дружину, — я поїхав до Кенсингтон професора Максвеллові, фізику Королівського коледжу, дуже гострого математичного розуму, який довів мені прекрасні апарати для досліджень у сфері вчення про кольорі, галузі, у якій сам раніше працював; запросив коллегу-дальтоника, з якого ми виконали эксперименты».

В лондонські роки Максвелл значно просунувся в розробці механічної теорії теплоти, особливо кінетичної теорії газів. Цьому сприяли вивчення їм кілець Сатурна і з що з’явилися тим часом публікацій німецького фізика Рудольфа Клаузиуса.

Еще в Абердині Максвелл зробив доповідь у цій колу запитань і запропонував вводити на кінетичну теорію газу ймовірнісна обчислення визначення швидкостей молекул. Він зумів показати, що різні швидкості молекул газу розподілені як і - відповідно до законом Гаусса, — як помилки у спостереженнях, які украдаються, коли сама й той самий величина вимірюється багаторазово при однакових обставин. Закон розподілу швидкостей молекул газу був геніально вгадано Максвеллом. Цей Закон стала основою статистичної теорії механіки газів і наріжним каменем нова галузь статистичної фізики. Згодом у неї розвинена у першу чергу Больцманом.

Известность Максвелла як вченого спочатку виходила з математичному обгрунтуванні кінетичною теорії газу, коли його электромагнитная теорія світла не початку переможної ходи у світі. Багато фізики, наприклад Джеймс Джонс, навіть вважали, що найбільш великим досягненням Максвелла було дослідження руху молекул газу. Свобода мислення, характерна всього його творчості, проявилася тут особливо плодотворно.

Больцман, що поряд із Максвеллом найглибшим чином вникав у аналіз руху молекул, порівняв максвелловскую кінетичну теорію газів з музичної драмою. «Як музикант з перших тактам дізнається Моцарта, Бетховена, Шуберта, — писав він у некролозі, присвяченому Кирхгофу, — так математики з кількох сторінкам розрізняють Коші, Гаусса, Якобі, Гельмгольца. Найвища елегантність характеризує французів, найбільша драматична сила — англійців, передусім Максвелла».

Однако хоча б Больцман зазначає властивість великого англійця, дивним чином контрастирующее з відзначеним вище драматизмом — «найчастіше по-дитячому наївний мову Максвелла, який впереміж із формулами пропонує найкращий спосіб виведення жирових пятен».

К лондонському часу ставляться основні дослідження Максвелла у сфері електромагнітної теорії света.

В роботі «Про фізичних силових лініях», опублікованій чотирма частинами в 1861 і 1862 років у одному з журналів, продовжив математическо-физические дослідження силових ліній Фарадея, розпочаті їм шість років тому вони, і призвела їх до попередньому завершення. Максвелл прийшов у своїй до висновку, що електричні дії поширюються з кінцевої швидкістю, відповідної швидкості світла порожньому просторі. Ця його робота вже містить знамениті рівняння електромагнетизму, включаючи рівняння для рухомих тел.

В 1831, на рік народження Максвелла, М. Фарадей проводив класичні експерименти, що призвели його на відкриття електромагнітної індукції. Максвелл приступив до дослідження електрики і магнетизму приблизно 20 років, коли була два погляду природу електричних і магнітних ефектів. Такі вчені, як А. М. Ампер і Ф. Нейман, дотримувалися концепції дальнодействия, розглядаючи електромагнітні сили, як аналог гравітаційного тяжіння між двома масами. Фарадей був прибічником ідеї силових ліній, які з'єднують позитивний і негативний електричні заряди чи північний і південний полюси магніту. Силові лінії заповнюють все навколишнє простір (полі з термінології Фарадея) і зумовлюють електричні і магнітні взаємодії. Дотримуючись Фарадею, Максвелл розробив гидродинамическую модель силових ліній і публічно висловив відомі тоді співвідношення електродинаміки на математичному мові, відповідному механічним моделям Фарадея. Основні результати дослідження відбито у роботі «Фарадеевы силові лінії» (Faraday's Lines of Force, 1857). У 1860—1865 Максвелл створив теорію електромагнітного поля, яку сформулював як системи рівнянь (рівняння Максвелла), що описують основні закономірності електромагнітних явищ: 1-е рівняння виражало електромагнітну індукцію Фарадея; 2-ге — магнитоэлектрическую індукцію, відкриту Максвеллом і засновану на уявленнях про токах усунення; 3-тє — закон збереження кількості електрики; 4-те — вихоровий характер магнітного поля.

Продолжая розвивати цих ідей, Максвелл дійшов висновку, що зміни електричного і магнітного полів мають викликати зміни у силових лініях, пронизуючих навколишнє простір, тобто. має існувати імпульси (чи хвилі), що ширяться серед. Швидкість поширення цих хвиль (електромагнітного обурення) залежить від діелектричним і магнітної проникності середовища проживання і дорівнює відношенню електромагнітної одиниці до електростатичної. За даними Максвелла та інших дослідників, цей показник становить 3Ч1010 см/с, що близько до швидкості світла, вимірюваною сім'ю роками раніше французьким фізиком А.Физо. У 1861 Максвелл повідомив Фарадею про своє відкритті: світло — це електромагнітне обурення, розповсюджується в непроводящей середовищі, тобто. різновид електромагнітних хвиль. Цей завершальний етап досліджень викладений у роботі Максвелла «Динамічна теорія електромагнітного поля» (Treatise on Electricity and Magnetism, 1864), а підсумок його найкращих робіт по електродинаміки підвів знаменитий Трактат про електриці і магнетизмі (1873).

В своїх поясненнях до німецької виданню цього твору в «Оствальдовских класиках» Больцман писав: «Те враження, яку ми отримуємо, вбачаючи у вперше мають для нашого природничонаукового світогляду революционизирующее значення рівняння, збільшується ще тим, що Максвелл вона каже ні слава про їхнє ролі, що він, напевно, припускав, навіть якщо він так ясно бачив, як бачимо зараз». Примітна у своїй скромна простота, «з якою Максвелл показує, як важко поволі пробирався вперед».

Во час своєї лондонській професури Максвелл особисто познайомився з Фарадеем, які вже читав її публікації й в листах щодо нього високо оцінював їх. Але спілкування з Фарадеем були більш спричинити його наукове розвиток. Максвелл ще студентом грунтовно пропрацював результати досліджень великого експериментатора і на час зустрічі з 70-річним ученим мав вже сформовані погляди на проблеми физики.

Так як Максвелл не мав інститутом при вищу школу, він обладнав лабораторію на горищі свого будинку благоустроенном житловому кварталі ніяких звань Лондона. Його улюблена дружина допомагала то експериментах. Максвелл був дуже вмілим і вельми спритним экспериментатором.

Из-за поганий стан здоров’я Максвелл в 1865 року вимушений був відмовитися від викладання. Його родове маєток Гленлэр в Шотландії дозволяло б йому повністю присвятити себе дослідженням як незалежного, вільного від академічних обов’язків ученого.

Шесть років Максвелл провів у селі. Саме тоді він продовжував свої теоретичні і експериментальні праці та готував великі праці, які потім, у роки, стали виходити одна одною. Запрошення стати ректором найстарішого шотландського університету у Сент-Эндрью він відхилив. І все-таки Максвелл стає університетським викладачем в третій раз.

Кембриджский університет у 1871 року вирішує створити професуру по експериментальній фізиці й обладнувати свої навчальну лабораторію. Два найвідоміших фізика на той час було неможливо залучити. Вільям Томсон не хотіла залишати професуру в Глазго, яку він обіймав протягом усієї своєї життя, та, крім цього він був такий тісно пов’язані з оптичної та електротехнічної промисловістю міста, у ролі співвласника підприємств, що неохоче відлучався з Глазго, а Гельмгольц хіба що прийняв запрошення місце професора фізики в університеті столиці Германии.

Руководство університету звернулося до 40-летнему приватному вченому з Шотландії, і наприкінці кінців його вдалося схилити ухвалити нову кафедру.

Наряду з обов’язками лектора Максвелла очікувала велика організаторська робота. Нова лабораторія повинна бути побудовано й обладнана з його бажанням, пропозицій і планам, відповідно до світовим рівнем експериментальної фізики. При устаткуванні Кавендишської лабораторії - у неї названа під назвою мецената, який був далеким родичем геніального натураліста Генрі Кавендіша, — знайшли собі застосування технічні знання і набутий практичного досвіду Максвелла, завдані змолоду під керівництвом батька. Пізніше скрізь, де можна було, він оглядав майстерні і фабрики.

Вначале, здійснюючи свої плани, дослідник повинен був долати старі забобони щодо навчального експерименту. У листі до австрійському фізику Лошмидту Максвелл з жалем зазначав, що став саме ці забобони винні у цьому, що у Англії було б необачно запущено навчання експериментальній фізиці. Перша англійська університетська лабораторія по фізиці була обладнана в Глазго Вільямом Томсоном лише у 1846 року й довге час залишалася єдиної у своєму роде.

В цей період велика англійська буржуазія, для гарантії конкурентоспроможності її товарів на світовому ринку поруч із які працюють у промисловості хіміками, мала потребу й у фізиках. Це обставина допомогло Максвеллові усунути перешкоди. Йому знадобилися його великий організаторський талант і дипломатична тонкість у політичних питаннях, що стосуються науки. З іншого боку, учений створив власні кошти і передав лабораторії багато дорогі наукові прилади. Після його смерті власність інституту перейшла та її цінна колекція книг.

Вступительную лекцію як кавендишского професора експериментальної фізики Максвелл читав перед кількома студентами. Він написав у ній колосальну програму фундаментальної перебудови викладання фізики в англійської вищу школу. Він розвивав думка про тому, що застосовувані методи перешкоджають подальшому прогресу до вивчення і викладанні фізики. «Звичні приналежності - перо, чорнило і папір — не будуть достатні, — розмовляв, — і ми знадобиться більше простір, ніж простір кафедри, і велика площа, ніж поверхню дошки». Це була різка одповідь «крейдової» фізиці, яку ще панувала в консервативних англійських университетах.

Учебную лабораторію Максвелл розглядав як «школу наукової критики» і ставив перед ній завдання — стимулювати розвиток вчення про методах фізики. Дослідницька робота ради має якнайширше здійснюватися колективними зусиллями. Максвелл апелював до моделі спільного дослідження, створеної Гумбольдтом, Гауссом і Вебером з єдиною метою охопити увесь світ рекогносцировкою земного магнетизму. У цьому першою у історії науки колективної роботі вона бачила основну форму і зародок майбутніх природничонаукових методів исследования.

Тогда це було лише далекої метою. Тільки десятиліття через можна було реалізувати планомірна спільну роботу натуралістів, що сьогодні є науково-технічного прогресу. Сам Максвелл ще був геніальним исследователем-одиночкой, як нього Фарадей і після нього інші відомі вчені, у тому числі Герц, Рентген" Планк і Эйнштейн.

Кавендишская лабораторія поклала в Англії початок традиції досліджень у сфері експериментальної фізики. Це мало велике значення подальшого розвитку міжнародної експериментальної фізики, і особливо підготовки атомного століття. Після Максвелла нею керували такі дослідники, як Рэлей, Дж. Дж. Томсон і Резерфорд, укрепившие і умножившие її славу. Багато физики-атомщики у молоді роки вдосконалювали в Кавендишської лабораторії свою медичну освіту, серед них Макс Борн, Нільс Бор, П. Л. Капица.

За час своєї професури в Кембриджі Максвелл опублікував чимало значних робіт. У 1871 року з’явилася «Теорія теплоти», в 1873 року вийшов фундаментальний двотомний підручник — «Трактат по електрики і магнетизму». У цьому вся праці Максвелл зібрав і узагальнив результати своїх досліджень електромагнетизму. У маленькій роботі «Субстанція і рух» (1876), створеної як введення у вивчення фізичної науки, він у найпростішої формі, не вдаючись до вищу математику, повідомляє читачеві основи класичної физики.

Начиная з 1875 року Максвелл багато часу сил витратив на розшифровку й видання решти рукописів Генрі Кавендіша. Роботам з теорії електрики він приділяв у своїй особливе внимание.

Благодаря схильність до занять історією природознавства по крайнього заходу частина наукового архіву великого англійського натураліста другої половини XVIII століття, яка сама опублікував лише небагато, стала надбанням потомства.

В на відміну від Фарадея, який скептично ставився до теорії атома і шукав спосіб уникнути допомоги уявлення про атомі, Максвелл був і прибічником атомізму. Серед перших він припустив, що створений Бунзеном і Кирхгофом спектральний аналіз допоможе зробити точніше висновок про внутрішній будову атома — пророцтво, що виявилося верным.

Жизнь цього надзвичайно плідного дослідника, що об'єднало у собі геніального теоретика і винахідливого експериментатора, обірвалася несподівано швидко. Вчений не зважав невеличкому розладу травлення, що призвело для серйозного захворювання, від якої він помер 5 листопада 1879 року в 49-му році жизни.

Планк говорив, що ім'я Максвелла «вирізняється на воротах класичної фізики». Максвелл справді був блискучим явищем серед фізиків нової доби. Своїми науковими працями, особливо чудової системою формул електродинаміки, він заклав найважливіші основи фізики атомного века.

Его теорія електрики і світла настільки випередила свій час і була така законченна, що через півстоліття Ейнштейн міг майже без змін вводити її на свій теорію относительности.

Подобных прикладів у світовій історії науки немного.

Работы Максвелла присвячені електродинаміки, молекулярної фізиці, загальної статистиці, оптиці, механіці, теорії пружності. Найвагоміший внесок Максвелл зробив у молекулярну фізику і электродинамику. У кінетичною теорії газів, однією з засновників якої є, встановив 1859 року статистичний закон, описує розподіл молекул газу швидкостям (розподіл Максвелла). У 1866 року дав новий висновок функції розподілу молекул за швидкостями, заснований у прямих і зворотних сутичок, розвинув теорію перенесення загалом, застосувавши її до процесам дифузії, теплопровідності і внутрішнього тертя, впровадив поняття релаксації. У 1867 року перший показав статистичну природу другого початку термодинаміки («демон Максвелла »), в 1878 року ввів термін «статистична механіка » .

Самым великим науковим досягненням Джеймса Максвелла є створена ним в 1860—1865 роках теорія електромагнітного поля, яку він сформулював як системи кількох рівнянь (рівняння Максвелла), виражають все основні закономірності електромагнітних явищ (перші диференціальні рівняння поля було записано Максвеллом в 1855—1856 роках). У своїй теорії електромагнітного поля Максвелл використовував (1861) нове поняття — струм усунення, дав (1864) визначення електромагнітного поля і передбачив (1865) новий важливий ефект: існування у вільному просторі електромагнітного випромінювання (електромагнітних хвиль) та її поширення просторі зі швидкістю світла. Останнє дало йому підстави вважати (1865) світло однією з видів електромагнітного випромінювання (ідея електромагнітної природи світла) і розкрити зв’язок між оптичними і електромагнітними явищами. Максвелл теоретично обчислив тиск світла (1873), передбачив ефекти Стюарта-Толмена і Эйнштейна-де Гааза (1878), скин-эффект.

Ученый також сформулював теорему теоретично пружності (теорема Максвелла), встановив співвідношень між основними теплофизическими параметрами (термодинамические співвідношення Максвелла), розвивав теорію кольорового зору, досліджував стійкість кілець Сатурна, показавши, що в неї є твердими чи рідкими, а є рій метеоритів. Максвелл сконструював ряд приладів. Він був відомим популяризатором фізичних знань. Опублікував вперше (1879) рукописи робіт Генрі Кавендиша В дослідженнях по електрики і магнетизму (статті «Про фарадеевых силових лініях », 1855−56 рр.; «Про фізичних силових лініях », 1861−62 рр.; «Динамічна теорія електромагнітного поля », 1864 р.; двотомний фундаментальний «Трактат про електриці і магнетизмі «, 1873 р.) Максвелл математично розвинув погляди Майкла Фарадея в ролі проміжної середовища в електричних і магнітних взаємодію. Він спробував (за Фарадеем) витлумачити це середовище як всепроникаючий світової ефір, проте ці спроби були успішні.

Дальнейшее розвиток фізики показало, що носієм електромагнітних взаємодій є електромагнітне полі, теорію якого (у «класичній фізиці) Максвелл і заклав. У цьому теорії Максвелл узагальнив все відомі на той час факти макроскопічної електродинаміки і вперше і запровадив уявлення про струмі усунення, що породжує магнітне полі подібно звичайному току (току провідності, нерухомих електричним зарядам). Максвелл висловив закони електромагнітного поля була в вигляді системи 4 диференційних рівнянь в приватних похідних (рівняння Максвелла).

Общий і вичерпний характер цих рівнянь виявився у тому, що й аналіз дозволив передбачити багато невідомі доти явища і закономірності.

Так, їх слід було існування електромагнітних хвиль, згодом експериментально відкритих Р. Герцем. Досліджуючи ці рівняння, Максвелл дійшов висновку про електромагнітної природу світла (1865 р.) і показав, що швидкість будь-яких інших електромагнітних хвиль в вакуумі дорівнює швидкості світла.

Он поміряв (з більшою точністю, ніж У. Вебер і Ф. Кольрауш в 1856 року) ставлення електростатичної одиниці заряду до електромагнітної і підтвердив його рівність швидкості світла. З теорії Максвелл випливало, що електромагнітні хвилі виробляють давление.

Давление світла було експериментально встановлено в 1899 П. М. Лебедевым.

Теория електромагнетизму Максвелл отримала повне дослідне підтвердження і став загальновизнаною класичної основою сучасної фізики. Роль цієї теорії яскраво охарактеризував А. Ейнштейн: " … тут стався великий перелом, який назавжди пов’язані з іменами Фарадея, Максвелла, Герца. Левову частку у цій революції належить Максвеллові… Після Максвелла фізична реальність мислилась як безперервних, які чинять спротив механічному поясненню полів… Це зміна поняття реальності є найбільш глибокою й плідним з тих, яких зазнала фізика з часів Ньютона " .

В дослідженнях по молекулярно-кінетичної теорії газів (статті «Пояснення до динамічної теорії газів », 1860 р., і «Динамічна теорія газів », 1866 р.) Максвелл вперше вирішив статистичну завдання розподілу молекул ідеального газу швидкостям (розподіл Максвелла). Максвелл розрахував залежність в’язкості газу від швидкості і довжини вільного пробігу молекул (1860), зрозумівши абсолютну величину останньої, вивів низку дуже важливих співвідношень термодинаміки (1860). Експериментально поміряв коефіцієнт в’язкості сухого повітря (1866). У 1873−74 рр. Максвелл відкрив явище подвійного лучепреломления серед (ефект Максвелла).

Максвелл була великим популяризатором науки. Він ніби написав ряд статей для Британської енциклопедії, популярні книжки — такі як «Теорія теплоти «(1870), «Матерія і рух «(1873), «Електрика в елементарному викладі «(1881), переведённые на російську мову. Важливим внеском до історії фізики є опублікування Максвеллом рукописів робіт Р. Кавендіша по електрики (1879) з великими комментариями.

Учение про электромагнетизме і свете.

С середини ХІХ століття невпинно будувався фундамент, у якому може бути зведене будинок фізики ХХ століття. У цьому уникнути зміни проектів. Основні становища математично-природничої грамотності або втрачали свою загальність, або спростовувалися. Звичні переконання, вважалися непорушними, валилися. Більш ніж коли-небудь фізика у ці десятиліття ставала, за словами Ейнштейна, «пригодою познания».

Во главі дослідників, які, подібно архітекторам, вирішальним чином брали участь у перебудові фундаменту фізики сьогодення і знову звели окремі «поверхи» будинку, стоїть Джеймс Клерк Максвелл, одне із гениальнейших мислителів історія розвитку фізики до Ейнштейна, що охопив у своїх дослідженнях фізику у всіх її разделах.

Заслуги Максвелла як дослідника ставляться до областям фізіологічного вчення про кольорі, кінетичною теорії виробництва тепла й електромагнітної теорії света.

Одновременно з Гельмгольцем Максвелл досліджував закони колірного зору. Як попередник австрійця Больцмана і американця Гіббса, він обгрунтував статистичне розуміння кінетичної теорії газу. Його найбільшої заслугою, проте є математична розробка нового вчення про магнетизмі, електриці і світлі. Його досягнення, за словами Планка, слід віднести до «найбільшим, изумительнейшим подвигам людського духа».

Когда Максвелл починав свою шлях фізика, у свідомості натуралістів які повсюдно та непохитно панували закони ньютоновской механіки. Усі природні явища намагалися пояснити з допомогою простих механічних законів руху на пространстве.

Подъем фізики, пов’язані з відкриттям закону збереження і перетворення енергії, забезпечив у середині ХІХ століття механистическому розумінню природи нову надійну підтримку. «Тільки механічне розуміння є наукою», — заявляв берлінський фізіолог Еміль Дюбуа-Реймон. Щось подібне є писав і Гельмгольц: «Кінцевою метою всього природознавства — розчинитися в механике».

Программе цього погляди на природу, вперше викладеного в манускриптах Леонардо так Вінчі, в працях Галілея і філософськи обгрунтованого Декартом, закінчену форму додав Ньютон в 1687 року у своєму знаменитому творі про математичних засадах вчення про природе.

По Ньютону, світ речей міг стати механічно описаний у вигляді вказівки чотирьох величин: часу, простору, моменту є і сили. Час і розглядалися у своїй як «абсолютні»: відірвано навіть від речей, їх що заповнюють, і зажадав від подій, у яких происходящих.

Кроме того, час і суворо розмежовувалися між собою. Взаємозв'язок і взаємна вплив встановлювалися тільки між моментами мас і силами. Усі природні процеси представляли закономірними переміщеннями матеріальних точок у просторі і времени.

Эта «механіка матеріальних точок», математично обгрунтована Эйлером і Лагранжем, блискуче виправдалася взагалі виявилася надзвичайно плідної насамперед у області астрономії. Її основи були пізніше поширені рух рідин і пружні коливання тіл і особливо успішно використовувалися для дослідження акустичних явищ. Однак у окремих питаннях чітко виявилася її обмеженість. Особливо виникали нездоланні складнощі у оптике.

Самым незадовільним розділом у системі класичної фізики, створеної Ньютоном, було вчення про свете.

Ньютон, за логікою свого вчення, вважав світло природною річчю, що з матеріальних точок. Але вже у його час, як зауважив Ейнштейн, «назрівав пекучий питання: що приміром із матеріальними точками, утворюючими світло, коли світло поглинається?». Так неминуче дійшли розбіжності між вагомими і невагоме частинками — малоубедительное рішення, якої могла довго вважатися вичерпним объяснением.

Неудобства для глибоко мислячих фізиків таїло у собі також представлення про «силах дальнодействия».

Магнетизм, електрика і гравітація зображувалися як сили, які у порожньому просторі і що ширяться із неймовірно великий швидкістю. Таке тлумачення фізичних взаємодій, що представляє мало майже як надприродні сили, не відповідало тверезо реалістичної механістичної картині природи. Вже Ньютон шукав вихід, але з домігся успеха.

Не бракувало спробах пояснити світлові явища принципово іншим чином. Геніальний голландський фізик Християн Гюйгенс, старший сучасник Ньютона, намагався охопити природу світла своєї теорією світлових хвиль. Він вважає, що світло існує у вигляді поздовжніх коливань, які поширюються в речовині, що складається з дрібних частинок, в різні боки джерела порушення, подібно звуку в воздухе.

Во будь-якому разі, прибічники Гюйгенса марно намагалися протиставити його хвилеве уявлення корпускулярної теорії світла, яка підтримувалася високим авторитетом Ньютона; це особливо показово як приклад гальмуючих дій, що може надати у науці великий авторитет. Боротьба між корпускулярної і хвильової теоріями пізніше повторилася і за поясненні інших напрямів излучения.

Волновая теорія світла змогла перемогти тільки після того, як англійський лікар і фізик Томас Юнг й французький натураліст і інженер Огюстен Френель у перших десятиліттях ХІХ століття додали їй інший облик.

Юнг і Френель виходили речей, що світло поширюється над вигляді поздовжніх коливань, подібних коливань повітря у час гри на флейті, а вигляді поперечних коливань, подібних коливань скрипкової струни. З коливаннями що така пов’язані оптичні явища поляризації, дифракції і інтерференції світла, які піддавалися поясненню з урахуванням ньютоновской корпускулярної теорії света.

Гипотетическая основа світлових коливань (механічний носій хвиль світла) стала від часу Гюйгенса називатися світловим ефіром, чи, коротше, эфиром.

Поскольку світло усвідомлювали як поздовжніх хвиль, можна було уявити ефір як розріджене газ. Якщо ж поширення світла передбачалося у вигляді поперечних хвиль, тоді слід було ефір мислити як тверде пружне тіло. При дуже малої щільності повинен бути твердіше, ніж сталь і алмаз. Одночасно світловому ефіру приписували цілковиту проникність, про те, щоб небесні тіла могли рухатися крізь нього без перешкод, як вони почали це і робили вочевидь. Ефір мав мати інерційної масою, але з міг мати гравітаційної массы.

Все ці якості не уживалися між собою. Таким чином, ефір був дуже загадкове явище і він предметом постійних турбот механістичного світогляду, оскільки він завзято пручався будь-який спробі механічного осмислення. Гіпотеза ефіру виявилася недостовірною у своїй основе.

Радикальный обгрунтований у відповідь цей загадковий це запитання дав на початку ХХ століття Ейнштейн, відмовившись при викладі законів електродинаміки від ефіру. Проте не перший і важливий крок шляху до сучасної картині природи без ефіру зробив ще Максвелл, створивши электродинамическую теорію світла, яке похитнуло традиційну механічну теорию.

У Максвелла було дві попередника, на дослідження яких він спирався: Эрстед і Фарадей.

Ганс Християн Эрстед, датський лікар і натураліст, у першій половині ХІХ століття було професором фізики в Копенгагені. У 1820 року, під час експерименту, що супроводжував лекцію, він вперше зауважив магнітне дію електричних струмів. Отже, він став першовідкривачем електромагнетизму. Це відкриття мало велику наукову і технічне значення. Воно призвело до винаходу електромагнітного телеграфу й у подальшому до створення электромотора.

Другой фізик, Майкл Фарадей, син коваля і естествоиспытатель-самоучка, став професором Королівського інституту, у Лондоні, вважається однією з винахідливих експериментаторів історія точних математично-природничої грамотності. Максвелл виходив безпосередньо з його опытов.

К досягненням Фарадея у сфері фізичної хімії в числі інших ставляться виявлення законів електролізу, дослідження скраплення газів і «відкриття бензолу, важливого вуглеводневої сполуки. Його спостереження явищ, що відбуваються за досить високу напругу змінного струму на електродах у вакуумній трубці, створили передумову до роботи з катодними променями, сыгравшими настільки значної ролі становлення сучасної физики.

Но найбільше значення згодом придбали дослідження Фарадеем електромагнітної індукції. У 1831 року, через 11 років після спостереження, зробленого Эрстедом, внаслідок довгих пошуків він «відкрив в зворотному напрямку цю природну закономірність. Ще 1822 року, протягом двох десятиліття до дослідження процесів перетворення енергії Робертом Майером, він записав у свій лабораторний щоденник: «Перетворюю магнетизм в електрику». Але лише за п’ятої спробі справді вдалося здійснити цей замысел.

Если Эрстед дізнався, що змінне електричне полі викликає магнітне дію і це створює магнітне полі, то Фарадей знайшов, що тимчасове зміна в магнітних полях створює в провідниках електричний струм. Це відкриття прискорило виробництво електричного силового струму. На ньому грунтується дію динамо-машини і всі наступне розвиток электротехники.

Но як і фізик-теоретик англійський дослідник завоював славу першопрохідника. Фарадей найвищою мірою був схильний робити вражаюче наочними результати своїх досліджень з допомогою геометрическо-механических моделей. Шляхом об'єднання явищ електрики і пружності дійшла до поняттю «силові лінії». Фарадей з пластичної ясністю уявляв дію електричних сил від точки до точки у просторі з-поміж них, у тому «силовому полі». «Самі електричні і магнітні сили, — писав Генріх Герц в 1889 року, — для нього чимось існуючим реально, дійсним, відчутним; електрику, магнетизм для нього вещами».

Причина виникнення електричних сил лежала, на думку Фарадея, у процесах, які у просторі між тілами. При пошуках ознак різниці між намагниченными предметами йому вдалося довести, що все речовини, вважалися до того часу немагнитными, під впливом великий магнітної сили виявляють явні сліди намагниченности. Так само вдалося довести, що це вважалися надійними ізолятори змінюються під впливом електричних сил. З’ясувалося, що провідниками і непроводниками відмінність не принципове, а лише количественное.

Эти експериментальні відкриття призвели до того, що Фарадей, як фізик, мислячий суворо емпірично, визнає лише факти, які можна спостерігати, відкинув уявлення про електричних силах дальнодействия.

На основі свого ставлення до силових лініях Фарадей припускав вже в 1845 року глибоке кревність електрики і світла. Ця думка була надзвичайно змела на той час, але вона була гідна дослідника, який вважав, що той знаходить велике, хто досліджує малоймовірне. Фарадей, в такий спосіб, дійшов думки, що вчення про електриці і оптика, які стояли поруч, але ще пов’язані між собою, взаємозв'язані й утворюють єдину область.

Фарадей, проте, володів математичним освітою. Говорили, що не міг собі звести в квадрат біном. Таким чином, він був не стані викласти результати своїх досліджень при допомоги звичайних математичних коштів, міг охопити її лише якісно. Формально це було очевидним недоліком, але змісту таки вступив у даному разі завдавало шкоди. Відсутність академически-математической підготовки, на думку Планка, врятувало Фарадея від упереджень, породжуваних математичними і астрономічними джерелами, які на той час несприятливо впливали на багатьох значних исследователей.

Работы Фарадея стали вихідним пунктом досліджень Максвелла.

Как сказав Гельмгольц в 1881 року у своєї відомої лондонській «Лекції про Фарадеї»: «Необхідний був Клерк Максвелл — інший, так само глибокий й випустимо своєрідний у поглядах, — аби спорудити в загальноприйнятих формах систематичного мислення то велике будинок, план якого Фарадей накреслив не сповна розуму, що він так ясно уявляв і який він намагався викликати поперед очі своїх сучасників». Заслуга Максвелла полягає у кінцевому підсумку в математичної розробці ідей Фарадея про магнетизмі і электричестве.

«Перед думкою Фарадея поставали силові лінії, пронизують все простір, там, де математики бачили лише центри тяжіння сил дальнодействия», — писав Максвелл. «Фарадей шукав носій, ту фізичну середу, де відбуваються електричні явища; цього стало досить, щоб знайти закон різниці потенціалів, діючих на електричну рідина (За часів Фарадея електричний струм видавався в вигляді особливої електричної рідини.). Коли перевів ідеї Фарадея оскільки я їх розумів, в математичну форму, я знайшов, що обидві методу, загалом, ведуть до однаковим результатам, що деякі відкриті математиками методи можуть бути набагато краще виражені за способом Фарадея».

Используя високорозвинені математичні методи, Максвелл «перевів» модель силових ліній Фарадея в математичну форму. При цьому він уточнив і розширив її, перетворивши на завершену теорію электродинамики.

Своими знаменитими диференціальними рівняннями Максвелл з найвищої геніальністю охопив безліч електромагнітних явищ. Його формули цінуються математиками і фізиками право їх простоту і викликають захоплення своєю красою. Відомий австрійський фізик Людвіг Больцман, говорячи про них, повторив слова Фауста: «Міститься цей знак не Бога чи рукой?».

Создание Максвеллом рівнянь електромагнетизму, відкрили століття електрики, може розглядатися як найважливіше теоретичне досягнення історія фізики у період, що відокремлює теорію гравітації Ньютона від теорії відносності Ейнштейна. У цьому з погляду пізнання істотно, що електромагнітне силове полі виступило однакові правах з матеріальної точкою — як нову форму прояви реальности.

Чисто математичним шляхом Максвелл дійшов висновку, що у порожньому просторі утворюються електромагнітні хвилі, що ширяться зі швидкістю, відповідної швидкості світла у вакуумі. Він обгрунтував з допомогою математичних методів припущення Фарадея у тому, що світ і електрику однакові за своєю природою. Генріх Герц влучно порівняв теорію Максвелла з мостом, який сміливою дугою перекинувся через широку прірву між оптичними і електромагнітними явлениями.

Электромагнитная теорія світла, сокрушившая перепону між электростатикой і электродинамикой, була і безсумнівну евристичну цінність. Вона сприяла відкриттю нових природних явищ; до них відносяться, наприклад, розщеплення спектральних ліній в випромінюванні, испускаемом атомами під впливом магнітних і електричних полів. Ці фізичні ефекти простежувалися і досліджувалися голландцем Зеєманом і німцем Штарком, на вшанування що вони названі. Фарадей за багато десятиліть доти здогадувався про такий взаємозалежності, та кошти, яким він мав, прирекли дослідження на неудачу.

Среди фізиків электромагнитная теорія Фарадея — Максвелла не відразу завоювала визнання. Окремі видатні дослідники, подібно Гельмгольцу і Больцману, визнавали його значення і виступали у її захист, але навіть такий проникливий мыслитель-физик, як Густав Кірхгоф, до кінця свого життя — він помер 1887 року — твердо дотримувався старих уявлень про електричної рідини і у своїх лекціях торкався теорію Максвелла лише мимоходом.

Традиционные механістичні уявлення про електриці глибоко вкоренилися у свідомості фізиків, і по дослідів Герца не існувало експериментального докази правильності нової математичної теорії электричества.

Тем паче примітно, що Фрідріх Енгельс, який початку 1970;х років займався як філософ питаннями природознавства, відразу ж визнав гносеологічне значення теорії Максвелла: і це у той час, коли вчені-фахівці ще сперечалися про її фізичної правомерности.

В його начерках до «Діалектиці природи» говориться, що завдяки уявленню Максвелла про процеси випромінювання виникає нове становище у фізичної картині світу. «Отже, існують темні світлові промені, — писав Енгельс, посилаючись на можливість Максвелла, — і горезвісна протилежність світла й темряви зникає з природознавства себто абсолютної противоположности».

Идея дальнодействия як уявлення про силах, діючих безпосередньо і із неймовірно великий швидкістю просторі, також була спільним багатством физиков.

Гравитационная теорія Ньютона була блискучим підтвердженням думку про дальнодействии. Розрахунки планетних орбіт стали її найбільшим і очевиднейшим тріумфом. Пізніше уявлення про фізичному дальнодействии було підкріплено класичними працями по небесної механіці Лапласа і гауссовской теорією потенциалов.

По зразком ньютоновских законів гравітації французький фізик Кулон побудував закон електростатичного тяжіння, завдяки чому вчення про електриці стало наукою. Якщо тут і додавалися заряди протилежного знака, то основним усе ж залишався закон тієї самої типу, як і закон тяжіння мас. Здавалося послідовним і природним пояснювати явища рухомих електричних зарядів у вигляді сил дальнодействия по прикладу закону тяготения.

Одним з найбільших досягнень Максвелла було усунення в галузі електромагнетизму таємничих, безпосередньо діючих з відривом наснаги в реалізації математично обов’язкової формі, по тому як Фарадей дослідним шляхом дійшов їх заперечення. Завдяки цьому він створив передумови проникнення электродинамику принципу близкодействия.

Лишь через більш як півстоліття цей теоретичний подвиг отримав рівноцінне втілення у гравітаційному вченні Ейнштейна, яка допомогла прокласти шлях принципу близкодействия до області тяжіння і вигнало міф про силах дальнодействия з його останнього убежища.

Как не дивно, Максвелл, будучи експериментатором класу і маючи відмінним устаткуванням, не спробував експериментальним шляхом встановити існування теоретично передбачених їм електричних хвиль та практично обгрунтувати ідею єдності електромагнетизму і світла. Очевидно, він теж запропонував при цьому ніякої програми дослідження. Вочевидь, власні математичні докази для нього настільки переконливі, що експериментальне підтвердження своїх висновків він вважав излишним.

Лишь десять років по смерті Максвелла Генріх Герц експериментальним шляхом отримав електричні хвилі довів їх якісне єдність зі світловими. Це доказ разом з колосальним спрощенням картини природи після винятки з неї уявлень про електричних силах дальнодействия створило основу на довершення перемоги висунутого Фарадеем і Максвеллом вчення про электромагнетизме і свете.

«Демон Максвелла».

В науці, як й у художньої літератури, зустрічаються фантастичні персонажі. Мабуть, найбільше їх було вигадано в процесі обговорення другого початку термодинаміки. Найпопулярнішим їх став демон Максвелла, придуманим Джеймс Кларк Максвелл, автор знаменитої системи рівнянь Максвелла, повністю яка описує електромагнітні поля. Друге початок (чи закон) термодинаміки має безліч формулювань, фізичний зміст яких, проте вже, ідентичний: ізольована система має не може спонтанно переходити із найменш упорядкованого стану на більш упорядкований. Так, газ, що з молекул, рухомих з різними швидкостями, неспроможна спонтанно розділитися на частини, на одній із яких зберуться молекули, рухомі, загалом, швидше середньостатистичної швидкості, а інший— медленнее.

Многие фізичні процеси ставляться до категорії оборотних. Воду, наприклад, можна заморозити, а отриманий лід знову розтопити, і ми матимемо води обсязі і стан; залізо можна намагнітити, а потім розмагнітити тощо. У цьому ентропія (ступінь упорядкованості) системи у початковій і кінцевій точці процесу залишається незмінною. Є й необоротні в термодинамическом розумінні процеси— горіння, хімічні реакції тощо. Тобто, відповідно до другого початку термодинаміки, будь-який процес у результаті наводить або для збереження, або до їх зниження ступеня упорядкованості системи. Така дисгармоничная ситуація сильно спантеличила фізиків другої половини XIXстолетия, і тоді Максвелл запропонував парадоксальне рішення, що дозволяє, начебто, обійти друге початок термодинаміки і звернути неухильне зростання хаосу в замкнутої системі. Запропонував він наступний «уявний експеримент»: уявімо собі герметичний контейнер, розділений надвоє газонепроницаемой перегородкою, у якій є єдина дверцята розміром з атом газу. На початку досвіду у верхній частині контейнера міститься газ, а нижньої— повний вакуум.

Теперь уявімо, що дверці приставлений якийсь мікроскопічний вахтер, зірко стежить за молекулами. Бистрим молекулам він дверцята відкриває і пропускає за перегородку, в нижню половину контейнера, а повільні залишає у верхній половині. Зрозуміло, що такий мини-вахтер чергуватиме у дверцята який досить довго, газ розділиться на частини: в верхню частину залишиться холодний газ, що з повільних молекул, а нижньої збереться гарячий газ з швидких молекул. Тим самим було система упорядочится проти вихідним станом, й інше початок термодинаміки буде порушено. Понад те, різницю температур можна використовувати щоб одержати роботи (принцип Карно). Якщо такої вахтера залишити на чергуванні навічно (чи організувати змінний чергування), ми матимемо вічний двигатель.

Этот потішний вахтер, якому дотепні колеги вченого мав прізвиська «демон Максвелла», досі живе у науковому фольклорі і хвилює уми учених. Справді, вічний двигун людству би пошкодив, та ось лихо: судячи з усього, щоб демон Максвелла заробив, йому самому знадобиться енергоживлення як припливу фотонів, необхідні висвітлення майбутніх молекул та його просіювання. З іншого боку, просіваючи молекули, демон і дверцята мусять входити ними у взаємодія, в результаті що вони самі неухильно отримувати від нього теплову енергію та нарощувати свою ентропію, у результаті сумарна ентропія системи все одно зменшуватися нічого очікувати. Тобто таким поясненням теоретична загроза другому початку термодинаміки було відведено, але з безоговорочно.

Первый по-справжньому переконливий контраргумент був сформульований невдовзі після зародження квантової механіки. Для сортування подлетающих молекул демону потрібно вимірювати їх швидкість, а зробити це з достатньої точністю вона може з принципу невизначеності Гейзенберга. З іншого боку, це ж принципу вона може точно знайти й місцезнаходження молекули у просторі, і частина молекул, яким він відчиняє мікроскопічну дверцята, з цим дверцятами разминутся. Інакше кажучи, демон Максвелла насправді виявляється макроскопічним слоном в посудній крамниці мікросвіту, який живе за власними законами. Наведіть демона в відповідність до законами квантової механіки, і буде неспроможна сортувати молекули газу та просто перестане представляти загрожують другому початку термодинамики.

Другой вагомий аргумент проти можливості існування демона-вахтера з’явився вже у комп’ютерну еру. Припустимо, що демон Максвелла— це комп’ютерна автоматизовану систему управління відкриванням дверцята. Система виробляє побітову обробку яка входить інформації про швидкості і координатах майбутніх молекул. Пропустивши чи відхиливши молекулу, система має зробити скидання колишньої упорядкованим інформації— але це рівносильне підвищенню ентропії на величину, рівну зниження ентропії внаслідок упорядкування газу при пропущенні чи відхиленні молекули, інформація про яку стерто з оперативної пам’яті комп’ютерного демона. Сам комп’ютер, при цьому, також гріється, тож і в такий моделі у замкнутої системі, що з газової камери, й автоматизованої пропускної системи, ентропія не убуває, і друге закон термодинаміки выполняется.

Для підготовки даної праці були використані матеріали із російського сайту internet.