IL FISICO DELLA SETTIMANA

James Clerk Maxwell

Edimburgo, Scozia, 13.6.1831 – Cambridge, 5.11.1879

James Clerk Maxwell
F

iglio di un avvocato, di una famiglia della nobiltà terriera scozzese, crebbe in campagna, rivelando precocità di interessi e un'eccezionale abilità nel costruire ed usare piccole apparecchiature. Secondo i progetti dei genitori avrebbe dovuto essere istruito a casa fino all’Università, ma la morte della madre quando aveva otto anni sconvolse i loro piani e quindi entrò all'Accademia di Edimburgo, dove incontrò il quasi coetaneo Peter Guthrie Tait, amico di scuola e di tutta la vita.

Così Tait descrive gli anni scolastici di Maxwell: “agli inizi era molto timido e veniva considerato ottuso, non aveva amicizie e passava le vacanze leggendo vecchie ballate, disegnando curiosi diagrammi e costruendo modelli meccanici. Queste occupazioni, incomprensibili ai suoi compagni, allora completamente ignoranti in matematica, gli procurarono il soprannome di ‘Dafty’ (sciocco). In seguito stupì i suoi compagni diventando uno dei più brillanti, vincendo premi, e anche primi premi, per matematica e poesia ….”

A quattordici anni scrisse un saggio sul tracciamento delle curve ovali – dove generalizza l’ellisse e tratta di curve con più di due fuochi – che venne parzialmente pubblicato negli atti della Royal Society di Edimburgo. Non era del tutto originale, in quanto già Cartesio aveva trattato l’argomento, ma sempre notevole per un ragazzo di quell’età. Un altro grande amico dei tempi di scuola fu Lewis Campbell, poi professore di greco alla St.Andrew’s University, che scriverà interessanti biografie di Maxwell, ricche di ricordi personali.

Nel 1847 entra all'Università di Edimburgo, dove studia matematica, filosofia naturale (cioè fisica, con Forbes), logica, chimica e filosofia (con William Hamilton, logico che influenzo molto la formazione del giovane Maxwell, da non confondere coll’omonimo matematico che incontrò più tardi a Cambridge). Nel 1850, senza avere conseguito il diploma, passa a Cambridge, dove allaccia rapporti destinati a durare a lungo con William Thomson, il futuro Lord Kelvin. Portava a Cambridge una mole immensa di conoscenze per un giovane studente ma, sembra, alquanto disordinate. Il suo tutore fu William Hopkins, uno dei migliori insegnanti di matematica di Cambridge, già insegnante di George Stokes che ora teneva i corsi di idrodinamica assiduamente seguiti da Maxwell e Thomson.

Fu eletto membro del “club degli Apostoli”, club intellettuale che riunisce i dodici (da cui il nome) migliori studenti del Trinity College. I saggi scritti per i seminari al Club testimoniano la sua riflessione epistemologica sulla scienza, ma anche sull’arte e sulla morale. Thomson descrive così gli anni di Università: “gli studenti pranzavano insieme alla stessa tavola e Maxwell discuteva con i migliori, impressionando, nonostante la sua timidezza e qualche eccentricità, per la sua personalità più che per i contenuti dei suoi discorsi, che i più non erano in grado di seguire, anche per i frequenti salti da un argomento ad un altro ….”.

Maxwell si diplomò al Trinity College nel 1854 e vi rimase fino al 1856. In questo periodo estese e formulò matematicamente le teorie di Faraday sulle linee di forza del campo elettrico e magnetico. Il suo lavoro On Faraday's Lines of Force fu letto alla Cambridge Philosophical Society, in due parti, nel 1855 e 1856.

Nel 1856 il padre si ammalò e Maxwell, per poter passare più tempo con lui, fece domanda per insegnare al Marischal College di Aberdeen; ma il padre morì in aprile. Ottenne tuttavia il posto e iniziò ad insegnare in novembre.

Il tema proposto per il Premio Adams del 1857 sul sistema degli anelli di Saturno lo interessò immediatamente, perché aveva trattato l’argomento da studente a Edimburgo. Decise di partecipare e, nel suo trattato, mostrò che la stabilità degli anelli poteva essere ottenuta solo se essi erano costituiti da numerose particelle solide (ipotesi recentemente confermata dalla sonda Voyager). Il suo saggio gli valse l'assegnazione del premio e lo rivelò come uno dei maggiori fisici-matematici del suo tempo. Scrisse Airy: “It is one of the most remarkable applications of mathematics to physics that I have ever seen.”

Nel 1859 sposò Katherine Mary Dewar, figlia del direttore del College, ma questo non gli impedì di perdere il posto quando il Marischal College si fuse con il King’s College e fece quindi domanda per ottenere la cattedra di Filosofia Naturale all’Università di Edimburgo, resa vacante dal trasferimento del suo vecchio insegnante, Forbes. Sembrava che la fortuna sorridesse a Maxwell, che poteva così tornare alla città natale e che chiese a Faraday una lettera di presentazione ma, nonostante gli straordinari risultati scientifici già raggiunti, tra i quali la teoria dei colori primari, il posto fu assegnato all’amico Tait.

Le motivazioni della mancata nomina non sono chiare, ma sembrano essere legate alla legittima richiesta di saper insegnare “anche nella ipotesi di una conoscenza imperfetta o di una totale ignoranza da parte degli allievi”. Maxwell non era però certamente un cattivo insegnante, scrive infatti Stokes nel 1854: “… fui colpito dalla esposizione singolarmente lucida” e anche Fleming: “Maxwell sapeva troppo ed era troppo originale per dare il meglio nell’insegnamento elementare, ma per quelli che lo potevano seguire era una delizia”.

Dal 1860 al 1865 fu docente al King's College di Londra e in questi anni effettuò il suo maggior lavoro sperimentale. Le mansioni di Professore richiedevano nove mesi di lezioni all’anno e anche lezioni serali per artigiani, operai e per il popolo. Nel 1861 viene eletto membro della Royal Society, dalla quale aveva ricevuto la medaglia Rumford nel 1860 per studi sul calore. Spicca in quegli anni la sua costante frequentazione con Michael Faraday.

In quegli anni calcolò la velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche, propose quindi che la luce fosse un fenomeno elettromagnetico, e continuò anche il suo lavoro sulla teoria cinetica dei gas.

Costretto ad abbandonare l'insegnamento, ufficialmente per ragioni di salute, anche se i reali motivi delle dimissioni non sono chiari, si ritirò nella sua villa di Glenlair, dalla quale si allontanò solo per compiere alcuni viaggi, tra i quali uno in Italia. In tale occasione imparò anche l’italiano per potere conversare con Carlo Matteucci, noto fisico di Pisa, già ministro della Pubblica Istruzione.

Fu durante il soggiorno a Glenlair che completò la sua teoria cinetica dei gas (Theory of Heat, 1871) e scrisse il Trattato sull'elettricità e il magnetismo (1873), che contiene completamente sviluppata la teoria della luce e del campo elettromagnetico e le equazioni ora note come “equazioni di Maxwell”. Questi due trattati sono considerati i massimi traguardi della fisica “classica” ottocentesca.

Nel 1871 gli venne offerta la prima cattedra di fisica sperimentale all'Università di Cambridge e la direzione del nuovo Cavendish Laboratory, che, per quanto inizialmente riluttante, accettò. Uno degli impegni che lo occuparono in questo periodo fu la redazione dell’edizione delle opere di Henry Cavendish, che fu pubblicata nel 1879 (The Electrical Researches of the Honourable Henry Cavendish) e costituisce uno dei più importanti capitoli della storia dell’elettricità. Si occupò anche della spiegazione del funzionamento del radiometro di Crookes, ultimo suo lavoro pubblicato in vita.

Dal 1873 è curatore scientifico della Enciclopedia Britannica per la quale scrive numerose voci, dimostrando il suo interesse e impegno per la divulgazione della cultura scientifica. Ottenne in questi anni numerosi riconoscimenti fuori dalla Gran Bretagna e viene eletto membro di numerose istituzioni ed accademie scientifiche, tra queste la medaglia Volta e la laurea honoris causa dall’Università di Pavia.

Continuò ad insegnare per tutto il trimestre del 1879 anche se le sue condizioni di salute peggioravano e in estate tornò, insieme alla moglie pure ammalata, a Glenair. Tornò a Cambridge e morì il 5 novembre a 48 anni.

Unanimemente riconosciuto come uno dei giganti della fisica di tutti i tempi, al pari di Galileo, Newton, Einstein, non è tuttavia così noto al grande pubblico, forse perché la sua biografia è racchiusa tutta nel suo lavoro scientifico, con poche digressioni nell’aneddottica o in campi diversi, e pur lasciando importanti contributi in tutti i settori della fisica, questi sono spesso troppo specialistici per potere essere facilmente letti e compresi.

I suoi principali lavori sono: Matter and Motion (1876. Traduzione italiana, nel 1881, di Giovanni Cantoni, professore di fisica a Pavia: Materia e moto, ristampato dall’Università di Pavia nel 1993); A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field (1865. Una teoria dinamica del campo elettromagnetico, Ed. Teknos, Roma, 1996); Treatise of Electricity and Magnetism (1874. Trattato di Elettricità e Magnetismo, UTET, Torino, 1973); Theory of Heat (1871).

Letture consigliate:

Link: http://www-groups.dcs.st-andrews.ac.uk/history/Mathematicians/Maxwell.html



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Bibliografia:
(pagina a cura di Antonio Gandolfi)
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