Многие научные издания и журналы в последнее время публикуют статьи о достижениях в физике и современных ученных и редко встречаются публикации о физиках прошлого. Нам бы хотелось исправить это положение и вспомнить об одном из выдающихся физиков прошлого века Джеймсе Клерке Максвелле. Это известный английский физик, отец классической электродинамики, статистической физики и многих других теорий, физических формул и изобретений. Максвелл стал создателем и первым руководителем Кавендишской лаборатории.
Как известно, Максвелл выходцем из Эдинбурга и родился в 1831 году в дворянской семье, которая имела родственную связь с шотландской фамилией Клерков Пеникуик. Детство Максвелла прошло в поместье Гленлэр. Предки Джеймса были политическими деятелями, поэтами, музыкантами и учеными. Наверное, склонность к наукам ему передалась по наследству.
Джеймс воспитывался без матери (так как она умерла, когда ему было 8 лет) отцом, который заботливо относился к мальчику. Отец хотел, чтобы его сын изучал естественные науки. Джеймс сразу полюбил технику и быстро развивал практические навыки. Первые уроки на дому маленький Максвелл воспринял с упорством, так как ему не были по душе жесткие методы воспитания, применяемые учителем. Дальнейшее обучение проходило в аристократической школе, где у мальчика проявились большие математические способности. Особенно Максвеллу нравилась геометрия.
Многим великим людям геометрия казалась потрясающей наукой, и даже в 12 лет говорил об учебнике геометрии, как о святой книге. Максвелл любил геометрию не хуже других научных светил, но у него плохо складывались отношения со школьными товарищами. Они постоянно придумывали ему обидные прозвища и одной из причин была его нелепая одежда. Отец Максвелла считался чудаком и покупал сыну одежду, которая вызывала улыбку.
Максвелл уже в детстве подавал большие надежды в области науки. В 1814 году его отдали учиться Эдинбургскую гимназию, а в 1846 году ему вручили медаль за заслуги в области математики. Его отец гордился своим сыном и ему предоставилась возможность представлять одну из научных работ сына перед коллегией Эдинбургской Академии наук. Эта работа касалось математических расчетов эллиптических фигур. Тогда эта работа имела название «О черчении овалов и об овалах со многими фокусами». Она была написана в 1846 году, а опубликована для широких масс в 1851.
Усиленно изучать физику Максвелл начал после перевода в Эдинбургский университет. Его учителями стали Калланд, Форбс и другие. Они сразу увидели в Джеймсе высокий интеллектуальный потенциал и неудержимое стремление изучать физику. До этого периода Максвелл сталкивался с отдельными разделами физики и изучал оптику (посвятил много времени поляризации света и кольцам Ньютона). В этом ему помогал известный физик Вильям Николь, который в свое время изобрел призму.
Конечно, Максвеллу не были чужды другие естественные науки, и он особое внимание уделял изучению философии, истории науки и эстетики.
В 1850 году он поступает в Кембридж, в котором когда-то работал Ньютон и в 1854 году получает академическую степень. После этого его исследования коснулись области электричества и электроустановок. А в 1855 году ему предоставили членство в совете Тринити-колледжа.
Первая значительная научная работа Максвелла – это «О фарадеевых силовых линиях», которая появилась в 1855 году. В свое время Больцман сказал о статье Максвелла, что данная работа имеет глубокий смысл и показывает насколько целеустремленно подходит к научной работе молодой ученый. Больцман считал, что Максвелл не только разбирался в вопросах естествознания, но и внес особый вклад в теоретическую физику. Максвелл обозначил в своей статье все тенденции эволюции физики на несколько последующих десятилетий. Позже к такому же выводу пришел Кирхгоф, Маха и .
Как образовалась Кавендишская лаборатория?
После завершения учебы в Кембридже Джеймс Максвелл остается здесь, как преподаватель и в 1860 году он становится членом Лондонского королевского общества. В это же время он переезжает в Лондон, где ему предоставляют место руководителя кафедры физики в Кинг-колледже Лондонского университета. На этой должности он проработал 5 лет.
В 1871 году Максвелл возвращается в Кембридж и создает первую в Англии лабораторию для исследований в области физики, которая получила название Кавендишская лаборатория (в честь Генри Кавендиша). Развитию лаборатории, которая стала настоящим центром научных исследований, Максвелл посвятил остаток своей жизни.
О жизни Максвелла известно мало, так как он не вел записей и дневников. Это был скромный и застенчивый человек. Умер Максвелл в возрасте 48 лет от онкологического заболевания.
Какое научное наследие Джеймса Максвелла?
Научная деятельность Максвелла охватывала многие направления в физике: теория электромагнитных явлений, кинематическая теория газов, оптика, теория упругости и другие. Первое, что заинтересовало Джеймса Максвелла – это изучение и проведение исследований в физиологии и физике цветного зрения.
Максвеллу впервые удалось получить цветное изображение, которое получилось благодаря одновременной проекции красного, зеленного и синего диапазона. Этим Максвелл очередной раз доказал миру, что цветной образ зрения основан на трехкомпонентной теории. Данное открытие положило начало создания цветных фотографий. В период с 1857-1859 года Максвеллу удалось исследовать устойчивость колец Сатурна. Его теория говорит о том, что кольца Сатурна будут устойчивы только при одном условии – несвязанности между собой частиц или тел.
С 1855 года Максвелл уделял особое внимание работе в области электродинамики. Существует несколько научных работ этого периода «О фарадеевых силовых линиях», « О физических силовых линиях», «Трактат об электричестве и магнетизме» и «Динамическая теория электромагнитного поля».
Максвелл и теория электромагнитного поля.
Когда Максвелл стал изучать электрические и магнитные явления, то многие из них уже были хорошо исследованы. Был создан закон Кулона , закон Ампера , также было доказано, что магнитные взаимодействия связаны действием электрических зарядов. Многие ученые того времени были сторонниками теории дальнодействия, которая утверждает, что взаимодействие происходит мгновенно и в пустом пространстве.
Главную роль в теории близкодействия сыграли исследования Майкла Фарадея (30-е годы XIX века). Фарадей утверждал, что природа электрического заряда основана на окружающем пространстве электрического поля. Поле одного заряда связано с соседним в двух направлениях. Токи взаимодействуют при помощи магнитного поля. Магнитные и электрические поля по Фарадею описаны им в виде силовых линий, которые являются упругими линиями в гипотетической среде – в эфире.
Максвелл поддерживал теорию Фарадея о существовании электромагнитных полей, то есть был сторонником возникающих процессов вокруг заряда и тока.
Максвелл объяснил идеи Фарадея в математическом виде, в чем очень нуждалась физика. При введении понятия поля законы Кулона и Ампера стали более убедительными и глубоко осмысленными. В понятии электромагнитной индукции Максвелл сумел рассмотреть свойства самого поля. Под действием переменного магнитного поля в пустом пространстве зарождается электрическое поле с замкнутыми силовыми линиями. Такое явление называется вихревым электрическим полем.
Следующим открытием Максвелла было то, что переменное электрическое поле может порождать магнитное поле, на подобии обычного электрического тока. Эту теорию назвали – гипотезой о токе смещения. В дальнейшем поведение электромагнитных полей Максвелл выразил в своих уравнениях.
Справка.
Уравнения Максвелла – это уравнения описывающие электромагнитные явления в различных средах и вакуумном пространстве, а также относятся к классической макроскопической электродинамике. Это логический вывод, сделанный с опытов, основанных на законах электрических и магнитных явлений.
Основным выводом уравнений Максвелла является конечность распространения электрических и магнитных взаимодействий, что разграничивало теорию близкодействия и теорию дальнодействия. Скоростные характеристики приблизились к скорости света 300000 км/с. Это дало повод Максвеллу утверждать, что свет это явление, связанное с действием электромагнитных волн.
Молекулярно-кинетическая теория газов Максвелла.
Максвелл внес свою лепту в изучение молекулярно-кинетической теории (сейчас данная наука называется статистическая механика ). Максвеллу первому пришла в голову идея о статистическом характере законов природы. Он создал закон распределения молекул по скоростям, а так же ему удалось рассчитать вязкость газов в отношении скоростных показателей и длины свободного пробега молекул газа. Также благодаря работам Максвелла мы имеем ряд соотношений термодинамики.
Справка. Распределение Максвелла – это теория распределения по скоростям молекул системы в условиях термодинамического равновесия. Термодинамическое равновесие – это условие поступательного движения молекул описанное законами классической динамики.
У Максвелла было множество научных трудов, которые были опубликованы: «Теория теплоты», «Материя и движение», « Электричество в элементарном изложении» и другие. Максвелл не только двигал науку в период, но и интересовался ее историей. В свое время ему удалось опубликовать труды Г. Кавендиша, которые он дополнил своими комментариями.
Чем запомнился миру Джеймс Клерк Максвелл?
Максвелл вел активную работу по изучению электромагнитных полей. Его теория об их существовании получила всемирное признание только спустя десятилетие после его смерти.
Максвелл первый классифицировал материи и присвоил каждой свои законы, которые не сводились к законам механики Ньютона.
О максвелле писали многие ученные. Физик Р. Фейнман сказал о нем, что Максвелл, открывший законы электродинамики, смотрел через века в будущее.
Эпилог. Джеймс Клерк Максвелл умер 5 ноября 1879 года в Кембридже. Его похоронили в небольшой шотландской деревушке возле его любимой церкви, которая находится не далеко возле его родового поместья.
Государство: Великобритания
Сфера деятельности: Наука, физика
Величайшее достижение: Стал основоположником электродинамики.
С тех самых пор, как наука была открыта всему человечеству, каждый пытался найти в ней что-то новое. И вписать свое имя в историю. Конечно, людям, увлекающимся гуманитарными науками, неизвестны имена физиков, химиков и математиков. Но, тем не менее, есть некоторые личности, которые на слуху а каждого, даже человека, отдаленно не представляющего, что такое физика. Джеймс Максвелл – один из таких ученых, который оставил свой след в истории математики и физики.
Джеймс Клерк Максвелл, шотландский физик, наиболее известный за его формулировку электромагнитной теории. Он рассматривается большинством современных физиков, как ученый 19-го века, которые оказали наибольшее влияние на физику 20-го века, и он занимает почетное место с Исааком Ньютоном и за фундаментальный характер его вклада.
Будущий физик родился 13 июня 1831 года в Эдинбурге. Первоначальная фамилия была Клерк, дополнительная фамилия добавляется его отцом, который работал юристом и унаследовал поместье Миддлби. Джеймс был единственным ребенком. Его родители поженились довольно поздно по тем временам, а его матери было 40 лет на момент его рождения. Детские годы мальчик провел в поместье Миддлби, который был переименован в Гленлэр.
Его мать умерла в 1839 году от рака брюшной полости, и отец стал основной фигурой в воспитании. Именно благодаря ему юный Джеймс заинтересовался точными науками. В школе он проявлял живое любопытство в раннем возрасте и имел феноменальную память. В 1841 году он был отправлен в школу при Эдинбургской Академии. Среди других учеников были его будущий биограф Льюис Кэмпбелл и его друг Питер Гатри Тэйт.
Интересы Максвелла выходили далеко за рамки школьной программы, и он не обращал особого внимания на результаты экзаменов. Его первая научная работа, опубликованная, когда ему было всего 14 лет, описывала обобщенный ряд овальных кривых, которые можно было проследить с помощью булавок и нитей по аналогии с эллипсом. Это увлечение геометрией и механическими моделями продолжалось на протяжении всей его карьеры и было большим подспорьем в его последующих исследованиях.
В 16 лет он поступил в Эдинбургский университет, где он читал запоем книги по всем предметам и опубликовал еще две научные работы. В 1850 году он поступил в Кембридж. После окончания учебы Джеймсу предложили место преподавателя. В то время он интересуется электричеством и цветами, которые впоследствии лягут в основу первой фотографии в цвете.
В 1854 он продолжает работу в Тринити Колледже, но, поскольку здоровье его отца ухудшалось, ему пришлось вернуться в Шотландию. В 1856 году он был назначен профессором естественной философии в колледже Маришаль в Абердине, но это назначение омрачилось печальной новостью о кончине отца. Это была большая личная потеря Максвелла, так как у него были близкие отношения с папой. В июне 1858 Максвелл женился на Кэтрин Дьюар, дочери директора колледжа, где он начал работать. Детей у супругов не было, но были доверительные отношения и взаимоуважение.
В 1860 Маришаль и королевский колледж объединились и образовали Абердинский университет. Максвелла попросили покинуть должность. Он подал заявку на вакансию в Эдинбургском университете, но ему было отказано в пользу его школьного друга Тейта. После отказа Джеймс переезжает в Лондон.
Следующие пять лет, несомненно, были самыми плодотворными в его карьере. В этот период были опубликованы две его классические работы по электромагнитному полю, и состоялась его демонстрация цветной фотографии. Максвелл руководил экспериментальным определением электрических единиц для Британской ассоциации содействия развитию науки, и эта работа в области измерений и стандартизации привела к созданию Национальной физической лаборатории.
Именно исследования Максвелла по электромагнетизму создали ему имя среди великих ученых истории. В предисловии к своему трактату об электричестве и магнетизме (1873), Максвелл заявил, что его главной задачей было преобразовать физические идеи Фарадея в математическую форму. Пытаясь проиллюстрировать закон индукции Фарадея (что изменяющееся магнитное поле порождает индуцированное электромагнитное поле), Максвелл построил механическую модель. Он обнаружил, что модель порождает соответствующий «ток смещения» в диэлектрической среде, который затем может быть местом поперечных волн. Рассчитав скорость этих волн, он обнаружил, что они очень близки к скорости света.
Теория Максвелла предполагала, что электромагнитные волны могут генерироваться в лаборатории — возможность, впервые продемонстрированная Генрихом Герцем в 1887 году, через восемь лет после смерти Максвелла. В дополнение к своей электромагнитной теории Максвелл сделал большой вклад в другие области физики. Еще в возрасте 20 лет он продемонстрировал свое мастерство в классической физике, написав эссе о кольцах Сатурна, в котором он пришел к выводу, что кольца должны состоять из масс материи, не связанных друг с другом-вывод, который был подтвержден более чем 100 лет спустя первым космическим зондом Voyager, достигшим кольцевой планеты.
В 1871 году Максвелл был избран новым профессором Кавендиш колледжа в Кембридже. Он приступил к проектированию местной лаборатории и руководил ее строительством. У Максвелла было немного студентов, но они были самого высокого калибра и включали Уильяма Д. Нивена, Джона Амброуза (позже ставшего сэром Джоном Амброузом), Ричарда Тетли Глейзбрука, Джона Генри Пойнтинга и Артура Шустера.
Во время Пасхи 1879 года Максвелл серьезно заболел – оказался рак брюшной полости. То, от чего скончалась когда-то его мать. Не имея возможности проводить лекции, как прежде, он вернулся в Гленлэр в июне, но его состояние не улучшалось. Великий физик Джеймс Масквелл умер 5 ноября 1879 года. Как ни странно, Максвелл не получил никаких общественных почестей и был тихо похоронен на небольшом кладбище в деревне Партон, в Шотландии.
"Нет стремления более естественного, чем стремление к знанию." - М.Монтень
МАКСВЕЛЛ, Джеймс Клерк (1831 - 1879) - выдающийся английский физик. Его наиболее замечательные исследования относятся к кинетической теории газов и электричеству; является создателем теории электромагнитного поля и электромагнитной теории света.
Согласно опросу, проведенному среди ученых журналом "Физик уолд", физик Джеймс Клерк Максвелл вошел в первую тройку названных: Максвелл, Ньютон, Эйнштейн.
Его страсть к исследованиям и приобретению новых знаний была беспредельна. С юности Максвелл решил посвятить себя физике. Его наставник Гопкинс писал: «Это был самый экстраординарный человек, которого я когда-либо видел.
Он органически был неспособен думать о физике неверно. Я растил его как великого гения, со всей его эксцентричностью и пророчеством о том, что он в один прекрасный день будет сиять в физике – пророчеством, с которым убежденно были согласны и его коллеги-студенты».
Однажды при приеме экзамена у аспирантов профессор поставил цель отсеять как можно больше студентов и давал неразрешимые, по его мнению, задачи. Однако, Максвелл с такой задачей справился!
Так Максвелл открыл знаменитое распределение молекул по скоростям в газе, впоследствии названное его именем (распределение Максвелла), еще в годы своей учебы.
С 1871 года Максвелл становится профессором Кембриджского университета.
В 1873 году Максвелл пишет двухтомный фундаментальный «Трактат об электричестве и магнетизме», в котором сформулирована знаменитая максвелловская теория электромагнитного поля.
Максвелл сумел выразить законы электромагнитного поля в виде системы 4 дифференциальных уравнений в частных производных (уравнения Максвелла ), из которых следовало существование электромагнитных волн Теория электромагнетизма Максвелла получила опытное подтверждение и стала общепризнанной классической основой современной физики.
Многочисленные его увлечения другими отраслями физики были тоже очень плодотворны: он изобрел волчок, поверхность которого, окрашенная в разные цвета, при вращении образовывала самые неожиданные сочетания. При смещении красного и желтого получался оранжевый цвет, синего и желтого – зеленый, при смешении всех цветов спектра получался белый цвет – действие, обратное действию призмы – «диск Максвелла»; он нашел термодинамический парадокс, много лет не дававший покоя физикам – «дьявол Максвелла»; в кинетическую теорию были введены им «распределение Максвелла» и «статистика Максвелла – Больцмана»; есть «число Максвелла».
Кроме того, его перу принадлежит изящное исследование об устойчивости колец Сатурна, за которое ему была присуждена академическая медаль и после которого он становится «признанным лидером математических физиков". Максвелл создал множество небольших шедевров в самых разнообразных областях – от осуществления первой в мире цветной фотографии до разработки способа радикального выведения с одежды жировых пятен
Максвелл написал ряд статей для Британской энциклопедии, популярные книги: "Теория теплоты", "Материя и движение", "Электричество в элементарном изложении", переведённые на русский язык.
Интересно, что одна из форм записи второго начала термодинамики: dp/dt = JCM. Левая часть этой формулы часто встречалась в произведениях Максвелла, далеких от физики, в качестве подписи!
Но главная память о Максвелле, вероятно, единственном в истории науки человеке, в честь которого имеется столько названий, – это «уравнения Максвелла», «электродинамика Максвелла», «правило Максвелла», «ток Максвелла» и, наконец, –максвелл– единица магнитного потока в системе CGS.
О наклонной плоскости
Исследуя перекатывание шара «с горки на горку», Галилей предположил, что, говоря современным языком, приобретаемая при спуске скорость не зависит от формы пути, по которому движется тело. Галилей, естественно, не знал, что такое положение вытекает из закона сохранения энергии, однако он этот закон предчувствовал и применял в простейших случаях падения тела или движения по наклонной плоскости и в опытах с маятником.
"... произошел великий перелом, который навсегда связан с именами Фарадея, Максвелла, Герца. Львиная доля в этой революции принадлежит Максвеллу… После Максвелла физическая реальность мыслилась в виде непрерывных, не поддающихся механическому объяснению полей... Это изменение понятия реальности является наиболее глубоким и плодотворным из тех, которые испытала физика со времен Ньютона".
Эйнштейн
Афоризмы и цитаты Джеймса Максвелла.
«Когда какое-нибудь явление можно описать как частный случай какого-нибудь общего, приложимого к другим явлениям принципа, то говорят, что это явление получило объяснение»
«…Для развития науки требуется в каждую данную эпоху не только, чтобы люди мыслили вообще, но чтобы они концентрировали свои мысли на той части обширного поля науки, которое в данное время требует разработки»
«Из всех гипотез…выбирайте ту, которая не пресекает дальнейшего мышления об исследуемых вещах»
«Чтобы вполне правильно вести научную работу посредством систематических опытов и точных демонстраций, требуется стратегическое искусство»
«…История науки не ограничивается перечислением успешных исследований. Она должна сказать нам о безуспешных исследованиях и объяснить, почему некоторые из самых способных людей не смогли найти ключа знания и как репутация других дала лишь большую опору ошибкам, в которые они впали»
«Всякий великий человек является единственным в своем роде. В историческом шествии ученых у каждого из них своя определенная задача и свое определенное место»
«Действительный очаг науки - не тома научных трудов, но живой ум человека, и для того чтобы продвигать науку, нужно направить человеческую мысль в научное русло. Это можно сделать различными способами: огласив какое-либо открытие, отстаивая парадоксальную идею, или изобретая научную фразу, или изложив систему доктрины»
Максвелл и теория электромагнитного поля.
Максвелл изучал электрические и магнитные явления, когда многие из них уже были хорошо исследованы. Был создан закон Кулона, закон Ампера, также было доказано, что магнитные взаимодействия связаны действием электрических зарядов. Многие ученые того времени были сторонниками теории дальнодействия, которая утверждает, что взаимодействие происходит мгновенно и в пустом пространстве.
Главную роль в теории близкодействия сыграли исследования Майкла Фарадея (30-е годы XIX века). Фарадей утверждал, что природа электрического заряда основана на окружающем пространстве электрического поля. Поле одного заряда связано с соседним в двух направлениях. Токи взаимодействуют при помощи магнитного поля. Магнитные и электрические поля по Фарадею описаны им в виде силовых линий, которые являются упругими линиями в гипотетической среде - в эфире.
Максвелл объяснил идеи Фарадея в математическом виде, в чем очень нуждалась физика. При введении понятия поля законы Кулона и Ампера стали более убедительными и глубоко осмысленными. В понятии электромагнитной индукции Максвелл сумел рассмотреть свойства самого поля. Под действием переменного магнитного поля в пустом пространстве зарождается электрическое поле с замкнутыми силовыми линиями. Такое явление называется вихревым электрическим полем.
Максвелл показал, что переменное электрическое поле может порождать магнитное поле, на подобии обычного электрического тока. Эту теорию назвали - гипотезой о токе смещения. В дальнейшем поведение электромагнитных полей Максвелл выразил в своих уравнениях.
Справка. Уравнения Максвелла - это уравнения описывающие электромагнитные явления в различных средах и вакуумном пространстве, а также относятся к классической макроскопической электродинамике. Это логический вывод, сделанный с опытов, основанных на законах электрических и магнитных явлений.
Основным выводом уравнений Максвелла является конечность распространения электрических и магнитных взаимодействий, что разграничивало теорию близкодействия и теорию дальнодействия. Скоростные характеристики приблизились к скорости света 300000 км/с. Это дало повод Максвеллу утверждать, что свет это явление, связанное с действием электромагнитных волн.
Молекулярно-кинетическая теория газов Максвелла.
Максвелл внес свою лепту в изучение молекулярно-кинетической теории (сегодня она называется статистической механикой). Ему первому пришла в голову идея о статистическом характере законов природы. Максвелл создал закон распределения молекул по скоростям, а так же ему удалось рассчитать вязкость газов в отношении скоростных показателей и длины свободного пробега молекул газа. Благодаря работам Максвелла мы имеем ряд соотношений термодинамики.
Справка. Распределение Максвелла - это теория распределения по скоростям молекул системы в условиях термодинамического равновесия. Термодинамическое равновесие - это условие поступательного движения молекул описанное законами классической динамики.
Научных труды
Максвелла
: «Теория теплоты», «Материя и движение», «Электричество в элементарном изложении». Он интересовался и историей науки. В свое время ему удалось опубликовать труды Кавендиша, которые
Максвелл
дополнил своими комментариями.
Максвелл вел активную работу по изучению электромагнитных полей. Его теория об их существовании получила всемирное признание только спустя десятилетие после его смерти.
Максвелл первый классифицировал материи и присвоил каждой свои законы, которые не сводились к законам механики Ньютона.
О писали многие ученные. Физик Фейнман сказал о Максвелле , что открывший законы электродинамики Максвелл , смотрел через века в будущее.
5 ноября 1879 года умер британский физик, математик и механик Джеймс Клерк Максвелл. Ему было 48 лет. За свою жизнь он стал автором множества открытий. Мы вспомнили самые интересные из них.
1. Метод рисования овала. Это открытие Максвелл сделал, еще будучи школьником. Он учился в Эдинбургской академии. Поначалу учеба мало интересовала Джеймса, но позже он стал проявлять к ней интерес. Больше всего мальчик увлекся геометрией. Его понимание красоты геометрических образов возросло после лекции художника Дэвида Рамзая Хея об искусстве этрусков. Размышления над этой темой привели Максвелла к изобретению способа рисования овалов. Метод восходил еще к работам Рене Декарта и состоял в использовании булавок-фокусов, нитей и карандаша, что позволяло строить окружности (один фокус), эллипсы (два фокуса) и более сложные овальные фигуры (большее количество фокусов). Надо сказать, что результаты работы школьника не остались незамеченными и были доложены профессором Джеймсом Форбсом на заседании Эдинбургского королевского общества и затем опубликованы в его «Трудах».
2. Теория цветов. После учебы в Кембридже Максвелл готовился к профессорскому званию. В это время главным научным интересом молодого человека становится работа по теории цветов. Она берет начало в творчестве Исаака Ньютона, который придерживался идеи о семи основных цветах. Максвелл был продолжателем теории Томаса Юнга, выдвинувшего идею трех основных цветов и связавшего их с физиологическими процессами в организме человека. Джеймс использовал уже придуманный ранее «цветовой волчок», диск которого был разделен на окрашенные в разные цвета секторы, а также «цветовой ящик», разработанную им самим оптическую систему, позволявшую смешивать эталонные цвета. Однако ему впервые удалось получить с их помощью количественные результаты и довольно точно предсказывать возникающие в результате смешения цвета. Например, если раньше считалось, что белый цвет можно получить смешением синего, красного и желтого, то Максвелл опроверг это. Его опыты показали, что смешение синего и желтого цветов дает не зеленый, как часто полагали, а розоватый оттенок. Также он выяснил, что основными цветами являются красный, зеленый и синий.
3. Устойчивость колец Сатурна . В Абердине Максвелл женился и занимался преподавательской работой, однако наука все еще отнимала значительную часть его времени. Большее внимание Максвелла в это время привлекало исследование природы колец Сатурна, предложенное в 1855 году Кембриджским университетом на соискание премии Адамса (работу требовалось завершить за два года). Кольца были открыты Галилео Галилеем еще в начале XVII века и долгое время были загадкой природы. Природу вещества, из которого были кольца Сатурна, пытались определить многие ученые. Уильям Гершель считал их сплошными твёрдыми объектами. Пьер Симон Лаплас доказывал, что твёрдые кольца должны быть неоднородными, очень узкими и обязательно должны вращаться. Максвелл провел исследования - математический анализ различных вариантов строения колец - и убедился, что они не могут быть ни твёрдыми, ни жидкими. Выво ученого был таким: подобная структура может быть устойчивой только в том случае, если состоит из роя не связанных между собой метеоритов. Устойчивость колец обеспечивается их притяжением к Сатурну и взаимным движением планеты и метеоритов. При помощи Фурье -анализа Максвелл изучил распространение волн в таком кольце и показал, что при определенных условиях метеориты не сталкиваются между собой. Для случая двух колец он определил, при каких соотношениях их радиусов наступает состояние неустойчивости. Получив за работу премию Адамса и собрав восторженные отзывы коллег, Максвелл продолжил опыты. Его работа получила признание в научных кругах. Королевский астроном Джордж Эйри объявил ее самым блестящим применением математики к физике, которое он когда-либо видел.
4. Первая цветная фотография. Это открытие было сделано в Лондоне . Сначала, в 1860 году, Максвелл выступил с докладом на съезде Британской ассоциации в Оксфорде Максвелл о своих результатах в области теории цветов, подкрепив их экспериментальными демонстрациями с помощью цветового ящика. Год спустя во время лекции в Королевском институте Джеймс представил коллегам первую в мире цветную фотографию, идея которой возникла у него ещё в 1855 году. Она была изготовлена вместе с фотографом Томасом Саттоном. Сперва было получено три негатива цветной ленты на стекле, покрытом фотографической эмульсией (коллодий). Негативы сняли через зелёный, красный и синий фильтры (растворы солей различных металлов). Затем негативы освещали через те же фильтры, после чего удалось получить цветное изображение. Кстати, опыт Максвелла воссоздали спустя почти сто лет назад сотрудники фирмы «Кодак». Принцип ученого использовали еще долгие годы.
