جيمس كليرك ماكسويل
من ويكيبيديا
جيمس كلارك ماكسويل (13 يونيو 1831 – 5 نوفمبر 1879) (بالإنجليزية: James Clerk Maxwell) كان عالم فيزياء اسكتلندي شهير لما أسهم به من معادلات هامة التي تفسر ظهور الموجات الكهرومغناطيسية.
أهميته:
يعتبر كثير من علماء الفيزياء أن ماكسويل هو أكثر علماء القرن التاسع عشر تأثيراً على علم الفيزياء، ويضاهي الكثير منهم هذا التأثير بتأثير نيوتن وأينشتاين. وفي تصويت حول أعظم الفيزيائيين على مر التاريخ جرى في نهاية الألفية الثانية واشترك فيه 100 من أبرز علماء الفيزياء جاء ماكسويل في المركز الثالث بعد نيوتن وأينشتاين مباشرة. وقد وصف أينشتاين نفسه إنجازات ماكسويل العلمية خلال احتفال بمئوية مولد ماكسويل بأنها “الأعمق والأكثر نفعاً لعلم الفيزياء منذ عصر نيوتن”. وكان أينشتاين يعلق صورة ماكسويل على جدار مكتبه، إلى جوار صور مايكل فاراداي ونيوتن.
مولده ودراسته الجامعية:
ولد في سنة 1831 في مدينة ادنبرة باسكتلندا وكان شديد الاهتمام بالفيزياء. التحق بجامعة إدنبرة سنة 1847، وعندما واتته الفرصة لحضور المحاضرات بجامعة كمبردج بعد انتهائه من الفصل الدراسي الأول، قرر استكمال دراسته في كمبردج، حيث درس على يد كبار أساتذة الجامعة ومنهم السير وليم هاملتون (1788 ـ 1856) الذي درسه المنطق والميتافيزيقا، وفيليب كيلاند (1808 ـ 1879) الذي درسه الرياضيات وجيمس فوربس (1809 ـ 1868) الذي درسه الفلسفة الطبيعية (وهي الفيزياء والكيمياء بلغة ذلك الزمن). وعندما كان ماكسويل في الثامنة عشرة من عمره، قدم ورقتين بحثيتين للجمعية الملكية بإدنبرة، إحداهما كانت “عن توازن الجوامد المرنة” والثانية عن “المنحنيات الدوارة”. وقد اعتبرت الجمعية الملكية أن صغر سن ماكسويل يحول دون وقوفه أمامها لتقديم بحثه، فقام بتقديمه أستاذه كيلاند.
أستاذيته في الجامعة:
جامعة كامبردج (1850 ـ 1856)
:
تخرج ماكسويل في جامعة كمبردج سنة 1854 حاملاً درجة علمية في الرياضيات، وكان الثاني في الترتيب بعد إدوارد روث (1831 ـ 1907)، فعمل بالتدريس في الجامعة حتى أبلغه أستاذه فوربس بخلو كرسي الفلسفة الطبيعية في كلية ماريشال (التي أصبحت فيما بعد جزءاً من جامعة أبردين) وحثه على التقدم لشغل ذلك الكرسي فتقدم له وقُبل، ليترك جامعة كمبردج في نوفمبر 1856.
جامعة أبردين (1856 ـ 1860):
أثناء أستاذيته في أبردين (1856 ـ 1860) قضى ماكسويل عامين في دراسة حلقات كوكب زحل وأثبت أنها جسيمات صغيرة كثيرة العدد تدور حول الكوكب. ونتيجة لذلك البحث (الذي عنونه “عن استقرار حلقات زحل”) نال ماكسويل سنة 1859 جائزة آدامز التي كانت قيمتها آنذاك 130 جنيهاً استرلينياً.
وأثناء وجود ماكسويل في كلية ماريشال تعرف إلى ابنة مدير الكلية “كاترين ماري ديوار” (التي كانت تكبره بسبع سنوات كاملة) وتقدم لخطبتها سنة 1858 وتزوجها في أبردين في 2 يونيو 1859.
وفي سنة 1860 اندمجت كلية مارشال مع كلية الملك المجاورة لتكونا جامعة أبردين، ولم يعد هناك مكان لأستاذين للفلسفة الطبيعية معاً، فوجد ماكسويل نفسه في موقف غير معتاد بالنسبة لقامته العلمية، مما دفعه إلى التقدم لشغل كرسي أستاذه فوربس الذي تصادف خلوه في نفس الوقت ولكنه فشل في الحصول على هذا الكرسي، لكنه سرعان ما نجح في الحصول على كرسي الفلسفة الطبيعية في كلية الملك بلندن، وهو المنصب الذي شغله بدءاً من سنة 1860.
كلية الملك بلندن (1860 ـ 1865)
:
كانت السنوات التي قضاها ماكسويل في كلية الملك من أكثر سنوات حياته العلمية إنتاجاً؛ ففيها نال ماكسويل وسام رمفورد (بالإنجليزية: Rumford Medal) من الجمعية الملكية سنة 1860 عن أبحاثه عن الألوان، ثم انتخب في العام التالي (1861) عضواً بالجمعية نفسها. وفي تلك الفترة عرض ماكسويل أول صورة فوتوغرافية ملونة في العالم، وطور أفكاره حول لزوجة الغازات، وعرض نظاماً لتوصيف الكميات الفيزيائية، يسمى التحليل البُعدي (بالإنجليزية: dimensional analysis)، وقد دأب ماكسويل على حضور المحاضرات بالمؤسسة الملكية (بالإنجليزية: Royal Institution)، مما أتاح له الفرصة للاقتراب من العالم مايكل فاراداي الذي كان يكبره بأربعين عاماً.
في تلك الفترة أيضاً اكتشف ماكسويل اكتشافاته العظيمة التي أسهمت في تقدم الفهم العلمي للكهرومغناطيسية؛ إذ تناول بالبحث طبيعة المجالات الكهرومغناطيسية في ورقة علمية من جزءين نشرها سنة 1861 بعنوان “عن الخطوط الفيزيائية للقوى” (بالإنجليزية: On physical lines of force)، وفيها قدم نموذجاً تخيلياً للحث الكهرومغناطيسي، وفي عام 1862 أضاف ماكسويل جزءين جديدين إلى هذه الورقة البحثية، ناقش في أولاهما طبيعة الكهروستاتيكا وتيار الإزاحة. وفي الثانية تناول بالبحث دوران مستوى استقطاب الضوء في المجال المغناطيسي، وهي ظاهرة اكتشفهافاراداي وتعرف اليوم باسم “تأثير فاراداي”.
وهو أول من توصل الي معادلة بين المغناطيس والكهرباء ووضح الفعل ورد الفعل ومعدلاته بسيطة وشاملة وأشار إلى عدم محدودية الموجات وأن سرعتها 299792.458 كم/ث وهي سرعة الضوء وأشار الي وجود موجات أخرى وهذا ما توصل إليه هيرتز واستخدمها ماركوني في الراديو ومعادلات ماكسويل هي أساس البصريات ولقد توفي في سنة 1879.
سنواته الأخيرة:
في سنة 1865 استقال ماكسويل من كرسيه بكلية الملك بلندن وعاد إلى قريته في غلينلير (بالإنجليزية: Glenlair) بصحبة زوجته. وفي الأعوام التالية ألف كتاب “نظرية الحرارة” (بالإنجليزية: Theory of Heat) سنة 1871، ودراسة أولية عن المادة والحركة (بالإنجليزية: Matter and Motion) سنة 1876، وقد كان ماكسويل هو أول من استخدم التحليل البعدي بشكل واضح سنة 1871
وفي سنة 1871 تولى أستاذية كرسي كافنديش للفيزياء بجامعة كامبردج، وكان أول من شغل هذا الكرسي من الأساتذة، وأسند إليه تطوير مختبر كافنديش، فأخذ يشرف على كل مرحلة من مراحل البناء وشراء أجهزة المعمل، على نفقة مؤسس المعمل وليم كافنديش (الدوق السابع لديفونشاير)، والذي كان مستشاراً للجامعة وأحد خريجيها البارزين، ولم يبخل على المعمل بالمال (وقد أنشأه تكريماً لقريبه العالم الفيزيائي هنري كافيندش). ومن أهم منجزات ماكسويل في أخرى ات حياته تحرير وتحقيق أبحاث هنري كافيندش (1731 ـ 1810) حول الكهرباء، والتي تناول فيها كافنديش أيضاً مسائل أخرى كمتوسط كثافة الأرض، وتركيب الماء، وغير ذلك. وقد ذيل ماكسويل تحقيقه لهذه الأبحاث بعدد كبير من الملاحظات والهوامش التي إضافة إلى النص.
وفاته:
توفي ماكسويل في كامبردج في 5 نوفمبر 1879 وهو في الثامنة والأربعين من عمره متأثراً بسرطان في الجهاز الهضمي، ودفن في كنيسة بارتون (بالإنجليزية: Parton Kirk) قرب مدينة كاسل دوغلاس (بالإنجليزية: Castle Douglas) باسكتلندا. وقد نشرت سيرة حياته تحت عنوان “حياة جيمس كلارك ماكسويل” (بالإنجليزية: The Life of James Clerk Maxwell) بقلم صديقه البروفيسور لويس كامبل سنة 1882، ونشرت دار نشر جامعة كامبريدج أعماله الكاملة في مجلدين سنة 1890 متضمنة سلسلة المقالات التي كتبها عن خصائص المادة مثل “الذرة” و”الجاذبية” و”الخاصية الشعرية” و”الانتشار” و”الأثير” إلخ.
تاريخ التصوير اللون:
لايف ستايل تقنية
التصوير الفوتوغرافي الملون هو التصوير الفوتوغرافي الذي يستخدم وسائط قادرة على إعادة إنتاج الألوان. على النقيض من ذلك ، يسجل التصوير بالأبيض والأسود (أحادي اللون) قناة واحدة فقط من النصوع (السطوع) ويستخدم وسائط قادرة على إظهار ظلال الرمادي فقط.
في التصوير الفوتوغرافي الملون ، تقوم المستشعرات الإلكترونية أو المواد الكيميائية الحساسة للضوء بتسجيل معلومات اللون في وقت التعرض. ويتم ذلك عادة عن طريق تحليل أطياف الألوان في ثلاث قنوات للمعلومات ، واحدة يسيطر عليها اللون الأحمر والأخرى باللون الأخضر والثالثة بالأزرق ، تقليدًا للطريقة التي يستشعر بها الإنسان العادي اللون. ثم يتم استخدام المعلومات المسجلة لإعادة إنتاج الألوان الأصلية عن طريق خلط نسب مختلفة من الضوء الأحمر والأخضر والأزرق (لون RGB ، المستخدم من خلال عروض الفيديو ، وأجهزة العرض الرقمية وبعض العمليات التصويرية التاريخية) ، أو باستخدام الأصباغ أو الصبغات لإزالة نسب مختلفة من الأحمر والأخضر والأزرق التي توجد في الضوء الأبيض (لون CMY ، وتستخدم للمطبوعات على الورق والورق الشفاف على الفيلم).
الصور أحادية اللون التي تم “تلوينها” عن طريق صبغ المناطق المختارة يدوياً أو ميكانيكياً أو بمساعدة كمبيوتر هي “صور ملونة” ، وليس “صور فوتوغرافية ملونة”. لا تعتمد ألوانها على الألوان الفعلية للأجسام التي تم تصويرها وقد تكون غير دقيقة جدًا أو عشوائية تمامًا.
لقد تم اقتراح طريقة الألوان الثلاثة عمليًا في جميع عمليات الألوان العملية تقريبًا في عام 1855 على يد الفيزيائي الاسكتلندي جيمس كليرك ماكسويل ، مع أول صورة ملونة أنتجها توماس سوتون لمحاضرة ماكسويل في عام 1861. شكل من أشكال التصوير الفوتوغرافي منذ 1970s ، مع التصوير أحادية اللون في الغالب هبط إلى الأسواق المتخصصة مثل التصوير الفوتوغرافي للفن.
التاريخ
التجارب المبكرة
تمت محاولة تصوير الألوان بداية من أربعينيات القرن التاسع عشر. تم توجيه التجارب المبكرة لإيجاد “مادة الحرباء” التي من شأنها أن تحمل لون الضوء الساقط عليها. ويبدو أن بعض النتائج المبكرة المشجعة ، والتي يتم الحصول عليها عادة من خلال إسقاط طيف شمسي مباشرة على السطح الحساس ، تعد بالتوفيق في نهاية المطاف ، ولكن الصورة المعتمة نسبيا التي تتشكل في الكاميرا تتطلب التعرض لفترة تصل إلى ساعات أو حتى أيام. في بعض الأحيان كانت جودة ونطاق اللون مقتصرا بشكل كبير على الألوان الأساسية ، كما هو الحال في عملية “هيلوتايب” المعقدة كيميائيا والتي اخترعها داجوريلوتيست الأمريكي ليفي هيل حوالي عام 1850. وحققت تجارب أخرى ، مثل إدموند بيكريل ، نتائج أفضل ولكنها لم تجد أي طريقة لمنع الألوان من التلاشي بسرعة عند تعرض الصور للضوء للعرض. على مدى العقود العديدة التالية ، أدت التجارب المتجددة على طول هذه الخطوط إلى رفع الآمال بشكل دوري ، ثم دمرتها ، ولم تسفر عن أي شيء ذي قيمة عملية.
نهج مختلف تماما عن اللون
يتم تذكر غابرييل ليبمان كمخترع لطريقة إعادة إنتاج الألوان بواسطة التصوير الفوتوغرافي ، استناداً إلى ظاهرة التداخل ، التي أكسبته جائزة نوبل في الفيزياء لعام 1908.
في عام 1886 تحول اهتمام ليبمان إلى طريقة لإصلاح ألوان الطيف الشمسي على لوحة فوتوغرافية. في 2 فبراير 1891 ، أعلن لل الأكاديمية من علوم : “لقد نجحت في الحصول على صورة الطيف بألوانه على لوحة فوتوغرافية حيث تبقى الصورة ثابتة ويمكن أن تبقى في وضح النهار دون تدهور”. وبحلول نيسان / أبريل 1892 ، كان قادرا على الإبلاغ عن أنه نجح في إنتاج صور ملونة لنافذة زجاجية ملونة ، ومجموعة من الأعلام ، ووعاء من البرتقال تعلوه خشخاش أحمر وببغاء متعدد الألوان. قدم نظريته في التصوير بالألوان باستخدام طريقة التداخل في ورقتين إلى الأكاديمية ، واحدة في عام 1894 ، والأخرى في عام 1906.
عمليات ثلاثة ألوان:
تم اقتراح الأسلوب الثلاثي الألوان ، والذي هو أساس كل العمليات العملية للون سواء أكانت كيميائية أو إلكترونية ، لأول مرة في ورقة عام 1855 حول رؤية الألوان من قبل الفيزيائي الاسكتلندي جيمس كليرك ماكسويل.
وهو يعتمد على نظرية يونغ-هيلمهولتز التي ترى أن العين البشرية الطبيعية تلون لأن سطحها الداخلي مغطى بملايين الخلايا المخروطية المتداخلة من ثلاثة أنواع: من الناحية النظرية ، يكون نوع واحد أكثر حساسية لنهاية الطيف الذي نسميه “الأحمر “، آخر أكثر حساسية للمنطقة الوسطى أو” الخضراء “، والثالث هو الأكثر تحفيزًا بقوة من” الأزرق “. الألوان المسماة هي انقسامات عشوائية إلى حد ما مفروضة على الطيف المستمر للضوء المرئي ، والنظرية ليست وصفًا دقيقًا تمامًا لحساسية المخروط. لكن الوصف البسيط لهذه الألوان الثلاثة يتطابق بشكل كافٍ مع الأحاسيس التي تواجهها العين أنه عند استخدام هذه الألوان الثلاثة ، يتم تحفيز أنواع الأقماع الثلاثة بشكل كافٍ وغير متكافئ لتشكيل الوهم لمختلف الأطوال الموجية المتوسطة للضوء.
أظهر ماكسويل في دراساته للرؤية اللونية ، باستخدام قرص دوار يمكن له أن يغير النسب ، أن أي لون مرئي أو رمادي يمكن أن يتم عن طريق خلط ثلاثة ألوان نقية فقط من الضوء – الأحمر والأخضر والأزرق – بنسب التي من شأنها أن تحفز أنواع الخلايا الثلاثة إلى نفس الدرجات تحت ظروف الإضاءة الخاصة. وللتأكيد على أن كل نوع من الخلايا في حد ذاته لم يرَ لونًا فعليًا ، بل كان مجرد تحفيزًا أكثر أو أقل ، فقد رسم تشبيهًا بالتصوير الأسود والأبيض: إذا تم التقاط ثلاث صور فوتوغرافية عديمة اللون لنفس المشهد من خلال الأحمر والأخضر والأزرق. تم عرض الفلاتر والشفافيات (“الشرائح”) المصنوعة منها من خلال نفس الفلاتر وتراكبها على الشاشة ، وستكون النتيجة صورة مستنسخة ليس فقط الأحمر والأخضر والأزرق ، ولكن كل الألوان في المشهد الأصلي.
أول صورة فوتوغرافية ملونة تم تصنيعها وفقًا لوصف ماكسويل ، مجموعة من ثلاثة “فصل ألوان” أحادي اللون ، تم التقاطها من قبل توماس ساتون في عام 1861 لاستخدامها في توضيح محاضرة عن اللون من قبل ماكسويل ، حيث تم عرضه بالألوان باستخدام طريقة العرض الثلاثية. كان موضوع الاختبار عبارة عن قوس مصنوع من شريط يحتوي على خطوط بألوان مختلفة ، بما في ذلك الأحمر والأخضر على ما يبدو. خلال المحاضرة ، التي كانت عن الفيزياء وعلم وظائف الأعضاء ، وليس التصوير الفوتوغرافي ، علق ماكسويل على عدم كفاية النتائج والحاجة إلى مادة فوتوغرافية أكثر حساسية للضوء الأحمر والأخضر. بعد قرن من الزمان ، كان المؤرخون محيرون من استنساخ أي لون أحمر على الإطلاق ، لأن عملية التصوير التي استخدمها ساتون كانت لجميع الأغراض العملية غير حساسة كليًا للضوء الأحمر ولها حساسية هامشية فقط للأخضر. في عام 1961 ، وجد الباحثون أن العديد من الأصباغ الحمراء تعكس أيضًا الضوء فوق البنفسجي ، الذي ينتقل عن طريق الصدفة من قبل المرشح الأحمر في ساتون ، واعتبرت أن الصور الثلاث ربما كانت بسبب الأشعة فوق البنفسجية والأزرق والأخضر والأزرق بدلاً من الأحمر والأخضر والأزرق. .
اللون الاضافي
إن إنشاء الألوان عن طريق مزج الأضواء الملونة (عادة الأحمر والأخضر والأزرق) بنسب مختلفة هو الأسلوب الإضافي لإعادة إنتاج الألوان. شاشات الكريستال السائل ، LED ، البلازما و CRT (أنبوب الصورة) لون الفيديو يعرض كل استخدام هذه الطريقة. إذا تم فحص أحد هذه الشاشات بمكبر قوي بما فيه الكفاية ، فسيظهر أن كل بكسل يتكون في الواقع من بيكسلات فرعية حمراء وخضراء وزرقاء اللون تمزج عند مسافات المشاهدة العادية ، مما يؤدي إلى إعادة إنتاج مجموعة واسعة من الألوان بالإضافة إلى الأبيض والفضي. ظلال رمادية. هذا هو المعروف أيضا باسم نموذج لون RGB.
نبذة مختصرةعن العالم جيمس كليرك ماكسويل James Clerk Maxwell:
وُلد جيمس كليرك ماكسويل في 13 يونيو 1831، في ادنبره، اسكتلندا، درس في جامعة كامبريدج قبل حصوله على العديد من الوظائف الأستاذية.
عرف بابتكاراته في مجال البصريات والبحوث المتعلقة بسرعة الغازات، إضافةً إلى نظريته الرائدة حول الكهرومغناطيسية، التي عُبر عنها في معادلات ماكسويل الشهيرة، والتي أثرت بدرجةٍ كبيرة على الفيزياء الحديثة. توفي ماكسويل في انجلترا في 5 نوفمبر، 1879 بعمر الثمانية والأربعين نتيجة إصابته بسرطان البطن.
بدايات جيمس كليرك ماكسويل:
ولد جيمس كليرك ماكسويل في 13 يونيو 1831، في ادنبره، اسكتلندا. عُرف بذكائه منذ طفولته، حتى أنه نشر ورقةً علمية عن علم الهندسة خلال مراهقته في الجمعية الملكية في أدنبره. وبعمر السادسة عشرة، التحق بجامعة إدنبره، متابعاً اهتمامه الكبير في علم البصريات والألوان. درس هناك لمدة ثلاث سنوات وانتقل في نهاية المطاف إلى كلية الثالوث في جامعة كامبريدج، وتخرج عام 1854.
وبعد عمله كمدرسٍ في كلية الثالوث لفترة من الزمن، انتقل ماكسويل إلى كلية ماريشال كجزء من أعضاء هيئة التدريس الخاصة بكلية الفيزياء. وفي عام 1858، تزوج كاثرين ماري ديوار.
إنجازات جيمس كليرك ماكسويل
في كلية ماريشال، فكر ماكسويل ملياً في سؤال فلكيٍ كبير يتعلق بكوكب زحل، وخرج بفكرة أن حلقات الكوكب تتكون من جسيماتٍ صغيرة، وهو ما تم تأكيده في وقتٍ لاحق عن طريق المركبات الفضائية في القرن العشرين.
وبعد أن أصبحت كلية ماريشال جزءً من جامعة أبردين، حصل ماكسويل على وظيفةٍ في كلية كينغز في لندن. درّس هناك حتى عام 1865، حينما استقال من منصبه لإجراء بحوثٍ من منزله في جلينلير. ومع مواصلته العمل في جامعة كامبريدج، ساعد ماكسويل في إنشاء مختبر كافنديش. وهناك، أصبح مدير المختبر وبروفيسور الفيزياء التجريبية مع بداية سبعينات القرن التاسع عشر.
واصل ماكسويل أبحاثه عن الألوان وحقق اكتشافاتٍ رائدةٍ تتعلق بسرعة الغازات. وخلال عمله في كلية كينغز، بدأ بنشر أفكار الثورية حول الكهرومغناطيسية والضوء.
كان الفيزيائي مايكل فاراداي قد ناصر بالفعل فكرة ترابط الكهرباء مع المغناطيسية؛ وعن طريق تجاربه مع الدوامات البصرية، بنى ماكسويل على عمل فاراداي وتوصّل في النهاية إلى نظرية الكهرومغناطيسية التي تنص على أنّ الضوء يتحرك على شكل موجات كهرومغناطيسية حاملةٍ للطاقة.
معادلات ماكسويل:
في عام 1864، تقدم ماكسويل بمعادلاته المشهورة إلى الجمعية الملكية في لندن في ورقةٍ علميةٍ تحمل اسم “Dynamical theory of the electromagnetic field” والتي نُشرت بعد ذلك بعام. وفي عام 1873، نشر ماكسويل كتاب A Treatise on Electricity and Magnetism والذي شرح فيه بحثه بعمقٍ أكبر.
تضمنت مساهمات ماكسويل العلمية الأخرى إنتاج أول صورةٍ ملونة، التقطت عام 1861، إضافةً إلى التوصل إلى عملياتٍ حسابيةٍ هندسية لصيانة الجسور.
حصل ماكسويل على مجموعةٍ من الجوائز خلال مسيرته المهنية، بما في ذلك وسام رومفورد وجائزة كيث وجائزة هوبكنز، بالإضافة إلى حصوله على عضوية في مجموعات كالأكاديمية الملكية للعلوم في أمستردام. كما نشر العديد من الأبحاث الأخر مثل Theory of Heat (1871) وMatter and Motion (1877).
