Platone afferma non esserci alcun re che non sia discendente da schiavi e nessuno schiavo che non sia discendente da re.
Seneca Lettere morali a Lucilio
PERSONALITA' SCIENTIFICHE
In questa sottosezione di Grandi Personaggi prendo in considerazione quegli scienziati che hanno contribuito allo sviluppo della conoscenza scientifica.
James Clerk Maxwell
James Clerk Maxwell nasce al numero 14 di India Street a Edimburgo, una casa costruita dai suoi genitori intorno all'anno 1825, ma poco dopo la sua famiglia si trasferisce d a Glenlair a Kirkcudbrightshire circa 20 Km da Dumfries, dove trascorre una crescita in campagna; qui la sua naturale curiosità si mostrò in età molto giovane.
Quando il piccolo James ha otto anni la madre muore. I suoi genitori avevano pianificato la sua educazione casalinga fino ai suoi tredici anni; sarebbe poi andato all'Università di Edimburgo. A sedici anni viene assunto un tutore, ma l'educazione non è quella sperata, così James viene inviato all'Accademia di Edimburgo.
Assieme alla sua famiglia, arriva al numero 31 di Heriot Row, la casa di Isabella Wedderburn la sorella del padre, il 18 novembre 1841. Frequenta l'Accademia di Edimburgo dove gli viene affibbiato il soprannome "dafty" (matto).
All'inizio del 1846 all'età di quattordici anni, Maxwell scrive un lavoro sugli ovali. In questo lavoro generalizza la definizione di un ellisse come il luogo dei punto dove la somma di m volte la distanza da un punto fissato più n volte la distanza da un secondo punto fissato è costante. Se m=n=1 la curva è un'ellisse. Maxwell definisce anche le curve dove ci sono più di due fuochi. Questo è l'inizio del suo primo lavoro sulla descrizione di curve ovali e quelle aventi molteplici fuochi, che verrà letto dalla Royal Society di Edimburgo il 6 aprile 1846. Queste idee non erano interamente nuove dal momento che Cartesio le aveva definite curve già prima, ma il lavoro è comunque molto notevole se si considera che Maxwell era solo un quattordicenne.
Il capo dell'Accademia di Edimburgo, Lewis Campbell che più tardi diverrà Professore di Greco all'Università di St. Andrews, doventa un grande amico di Maxwell e sarà anche autore della sua biografia.
Maxwell si trasferisce alla Peterhouse di Cambridge nel mese di ottobre 1850, ma si sposta poi alla Trinity dove crede che sia più facile ottenere una borsa di studio. Maxwell ottiene la sua borsa di studio e consegue la laurea in Matematica nel 1854.
Uno dei più importanti progressi di Maxwell è l'estensione e la formulazione matematica della teoria di Michael Faraday sulle teorie dell'elettricità e sulle linee magnetiche della forza. Il suo lavoro "Sulle linee di forza di Faraday" viene letto dalla Società Filosofica di Cambridge in due parti, nel 1855 e nel 1856. Maxwell mostra che poche relativamente semplici equazioni matematiche possono esprimere il comportamento dell'elettricità, dei campi magnetici e della loro interrelazione.
All'inizio del 1856 il padre si ammala e Maxwell decide di trascorrere più tempo con lui. Cerca pertanto di ottenere un posto in Scozia; si reca a Edimburgo durante le vacanze pasquali del 1856 per stare con suo padre, poi i due vanno insieme a Glenlair. Il 3 aprile il padre muore e poco dopo Maxwell fa ritorno a Cambridge. Prima della fine di aprile gli arriva la notizia dell'assegnazione di una cattedra al Marischal College.
Nel novembre 1856 inizia ad insegnare ad Aberdeen. Quando la materia annunciata dal St. John College di Cambridge per il premio Adams del 1857 è "Il movimento dei anelli di Saturno" Maxwell ne è subito interessato. Maxwell e l'amico Peter Tait avevano pensato al problema degli anelli di Saturno nel 1847 quando erano ancora studenti all'Accademia di Edimburgo. Maxwell decide di competere per il premio: il suo lavoro di ricerca nei primi due anni ad Aberdeen sarà su questo argomento. Maxwell mostrerà come la stabilità può essere raggiunta solo se gli anelli consistono di piccole particelle solide, una spiegazione oggi confermata dai programmi spaziali. Il premio viene assegnato a lui.
Nel febbraio del 1858 si fidanza con Katherine Mary Dewar unendosi poi in matrimonio nel mese di giugno 1859. La moglie è figlia del Rettore del Marischal College, ma nonostante la parentela nel 1860, quando il Marischal College e il King's Colleg si uniscono, Maxwell, come professore più giovane è costretto a cercare un altro posto. Il suo lavoro scientifico procede tuttavia con grande successo.
Quando la cattedra di Filosofia Naturale di Edimburgo nel 1859 rimane vacante, essendosi spostato Forbes a St. Andrews, sembra che il destino abbia di nuovo sorriso a Maxwell per portarlo a casa. Chiese a Faraday di scrivere una referenza per lui, in una lettera scritta il 30 Novembre 1859. Molti amici di Maxwell stavano richiedendo quel posto. A Maxwell viene preferito l'amico Tait nonostante i suoi brillanti progressi in campo della ricerca scientifica siano noti. Con ogni probabilità il motivo dell'esclusione è da ricercare nella sua creatività di esposizione degli argomenti, alla quale è stata invece preferita quella di Tait, più canonica.
Su questo avvenimento un giornalista del Courant, giornale di Edimburgo, avrebbe riportato: "Il Professor Maxwell è stato riconosciuto come uno dei più importanti uomini nel mondo scientifico. Una volta fui presente mentre Maxwell dava la sua relazione sulle ricerche geometriche all'Università Filosofica di Cambridge, in quella occasione fui colpito dall'originalità del suo modo di esporre".
Anche Alexander Fleming, che frequentò le lezioni di Maxwell, espresse simili pensieri: "Maxwell aveva troppa cultura scientifica e troppa originalità per dare il suo meglio nell'insegnamento elementare. Per quelli che comunque poterono seguirlo, il suo insegnamento fu una delizia".
Nel 1860 Maxwell viene assunto per la cattedra vacante di Filosofia Naturale al King's College di Londra. I sei anni che trascorre qui, sono quelli in cui compie il più importante lavoro sperimentale. Nel 1862 calcola che la velocità di propagazione di un campo elettromagnetico è approssimativamente quella della velocità della luce. Pertanto enuncia nelle sue teorie che il fenomeno della luce è un fenomeno elettromagnetico. Le sue parole sono: "Possiamo scarsamente evitare la conclusione che la luce consista nelle ondulazioni trasversali della stessa media che è la causa del fenomeno elettrico e magnetico."
Maxwell continua il lavoro che aveva cominciato ad Aberdeen, sulla teoria cinetica dei gas. Trattando i gas statisticamente, nel 1866 formula, indipendentemente da Boltzmann, la teoria cinetica dei gas di Maxwell-Botzmann, che mostra come temperatura e calore coinvolgono solo il movimento molecolare. Questa teoria rappresenta il cambiamento di un concetto certo, il calore che fluttua da caldo a freddo, la scoperta che statisticamente le molecole ad alte temperature hanno una grande probabilità di scontrarsi con quelle a basse temperature. Il sistema di Maxwell non rifiuta gli studi precedenti sulla termodinamica, ma usa una teoria migliore per spiegare le osservazioni e gli esperimenti.
Lascia il King's College di Londra nella primavera del 1865 per tornare nella sua tenuta estiva scozzese di Glenlair. Compie periodiche gite a Cambridge e, anche se alquanto riluttante, accetta un'offerta dal college di Cambridge per lavorare come primo Professore "Cavendish" di Fisica nel 1871. Maxwell progetta il laboratorio e ne aiuta l'organizzazione. Il laboratorio viene ufficialmente aperto il 16 giugno 1874.
Le quattro equazioni differenziali parziali, oggi conosciute come le equazioni di Maxwell, appaiono per la prima volta nella forma completa nel suo lavoro "Elettricità e Magnetismo" (1873). Gran parte di questo lavoro viene realizzato da Maxwell a Glenlair e rappresenta uno dei progressi fisico-matematici più importanti del XIX secolo.
Alexander Fleming, che frequentò l'ultima lezione di Maxwell a Cambridge, scrive: "Durante l'ultimo trimestre nel maggio 1879 la salute di Maxwell evidentemente cominciò a peggiorare, ma egli continuò a dare le sue lezioni fino alla fine del trimestre. Aver condiviso anche una breve conoscenze del Professor Maxwell e il privilegio delle sue lezioni orali fu di per sé una educazione liberale, un'ispirazione, perché qualsiasi cosa egli dicesse o facesse, rappresentava l'evidente stampa di un genio che comportava non solo la più grande ammirazione, ma anche il più grande rispetto."
Maxwell per l'estate del 1879 ritorna con sua moglie, malata, a Glenlair. Anche la sua salute continuò a peggiorare. Fa ritorno con la moglie a Cambridge il giorno 8 ottobre. James Clerk Maxwell lì muore il 5 novembre 1879.
Di fatto Maxwell è ricordato nella storia della scienza per aver elaborato la prima teoria moderna dell'elettromagnetismo, raggruppando in un'unica teoria tutte le precedenti osservazioni, esperimenti ed equazioni non correlate di questa branca della fisica. Le "quattro equazioni di Maxwell" dimostrano che l'elettricità, il magnetismo e la luce (Maxwell scoprì che la fotografia a colori poteva essere realizzata sovrapponendo filtri rossi, verdi e blu) sono tutte manifestazioni del medesimo fenomeno: il campo elettromagnetico. Dall'elaborazione delle sue equazioni in poi, qualsiasi altra legge o equazione in questo campo sarà ricondotta a casi semplificati delle sue quattro equazioni fondamentali. Per questi motivi il lavoro di Maxwell è stato definito come la "seconda grande unificazione della fisica", dove si intende che la prima fu quella operata da Isaac Newton.
Le quattro erquazioni di Maxwell che unificano elettricità e magnetisjmo.
Le quattro equazioni di Maxwell collegano tra loro i campi elettrico e magnetico e ne descrivono le mutue interazioni. Le prime due descrivono i campi elettrico e magnetico e concernono l'esistenza di "cariche" che li producono; in particolare, la prima descrive il campo elettrico generato da cariche ferme, secondo la legge di Coulomb; la seconda stabilisce che non esistono cariche magnetiche isolate, diversamente da quanto accade per le cariche elettriche, ma che il polo nord di un magnete è sempre legato a un polo sud. La terza equazione esprime la legge dell'induzione elettromagnetica di Faraday-Neumann, secondo cui un campo magnetico variabile nel tempo produce un campo elettrico. La quarta equazione afferma che una qualsiasi corrente genera un campo magnetico, sia una corrente continua sia un campo elettrico variabile nel tempo: in quest’ultimo caso si introduce una quantità detta corrente di spostamento, che non viene generata da cariche elettriche in movimento, ma produce effetti magnetici paragonabili a una corrente vera e propria.
Teoria dei colori
Anche i contributi di Maxwell all'ottica e alla percezione del colore furono rilevanti. Maxwell scoprì che la fotografia a colori poteva essere realizzata sovrapponendo filtri rossi, verdi e blu. Fece fotografare tre volte un tartan scozzese mettendo sopra l'obiettivo tre filtri di diverso colore. Le tre immagini furono poi sviluppate e proiettate su uno schermo con tre proiettori differenti. Una volta messe a fuoco sullo stesso punto ne scaturì l'immagine a colori, la prima nella storia.
Scienza dei materiali
A Maxwell è fatta risalire la prima formulazione del criterio di von Mises («criterio della massima energia di distorsione»), da lui proposto sulla base di considerazioni puramente matematico-formali nel 1856. Il criterio di von Mises è un criterio di resistenza relativo a materiali duttili, isotropi, con uguale resistenza a trazione e a compressione.
Eugenio Caruso - 06 novembre 2016
