James Maxwell: de saaie man die alles veranderde

000b10
Newton, Maxwell en Einstein gelden als de drie natuurkundigen wier vondsten een nieuw tijdperk in de fysica inleidden. Maar waar Newton en Einstein regelmatig een nieuwe biografie krijgen, blijft het stil rond James Clerk Maxwell. Basil Mahon brengt daar verandering in.

Isaac Newton legde de basis voor de mechanica, deed aan theologie en maakte ruzie. Albert Einstein stelde de relativiteitstheorie op, rotzooide aan met vrouwen en deed daarnaast van zich spreken in het publieke debat over nucleaire bewapening. James Clerk Maxwell (1831-1879), zo blijkt uit ‘The man who changed everything’ van Basil Mahon, bedacht een theorie waarin elektriciteit, magnetisme en licht samenkwamen, en deed nog een hele boel andere belangrijke dingen, maar niks dat je ook maar in de verste verte ondeugend zou kunnen noemen.

Het begon al vroeg, toen zijn vader de tekeningen van en ovalen en bijbehorende formules van zijn veertienjarige zoon voorlegde aan een hoogleraar wiskunde. Die zag dat de jonge James een probleem had opgelost waar Descartes zijn tanden op had stukgebeten. Het werd zijn eerste wetenschappelijke publicatie. De jonge James schreef ook gedichten en ging elke zondag netjes twee keer ter kerke.

Die braafheid veranderde niet toen hij als zestienjarige naar de universiteit van Edinburgh ging en drie jaar later naar Cambridge. Hij bleef weliswaar niet geheel buiten het studentenleven, maar bracht wel erg veel tijd door in zijn eigen geïmproviseerde laboratorium, waar hij experimenten deed met elektriciteit en licht. En vooruit, tussen de bedrijven door bleef hij vriendelijk spottende gedichtjes schrijven.

Nog in zijn Cambridgetijd publiceerde Maxwell twee andere artikelen. In het ene liet hij zien hoe uit de basiskleuren rood, groen en blauw alle mogelijk kleuren te maken zijn. Het tweede was een wiskundige bewerking van Faradays experimentele werk over elektriciteit. Maxwell introduceerde daarin het begrip ‘elektrisch veld’ en legde zo het fundament onder begrip van het verschijnsel.

Op zijn vijfentwintigste was hij hoogleraar in Aberdeen. Daar stortte hij zich op de ringen van Saturnus, omdat er een prijs te verdienen viel voor degene die de aard daarvan kon vaststellen. Maxwell toonde in een lange, creatieve rekenexercitie aan dat de ringen moesten bestaan uit losse stukken en dat de binnenste langzaam samentrokken, terwijl de buitenste zich van de planeet verwijderden. Het artikel woog dik een kilo.

Na een rustig jaartje, waarin hij trouwde met de dochter van de dominee, stuitte hij op een nieuw probleem dat hij interessant vond: de diffusiesnelheid van gassen. Maxwells brainwave was dat je dit probleem alleen kon aanpakken als je een statische methode hanteerde. Binnen een paar maanden had hij de oplossing en was de eerste statistische natuurkundewet een feit.

Binnen een jaar nadat hij in 1860 hoogleraar was geworden in Londen, produceerde hij op basis van zijn kleurentheorie ‘s wereld eerste kleurenfoto, terwijl zijn fascinatie meer en meer uitging naar elektriciteit en magnetisme. Het was bekend dat die twee verschijnselen samenhingen, maar hoe? Na een paar jaar broeden kwam hij met een aantal simpele vergelijkingen die de relatie weergaven. Tijdens het rekenen bleek dat de elektromagnetische golven die hij als concept bedacht had, zich voortbewogen met de snelheid van het licht. Zo kwam Maxwell op het idee dat ook licht een elektromagnetisch verschijnsel moest zijn.

Toen hij zijn bevindingen in 1864 presenteerde, reageerde de wetenschappelijke wereld verward. Maxwell had zoveel gedachtensprongen gemaakt dat niemand hem kon bijhouden. Hij gaf zijn baan in Londen eraan en keerde terug naar Schotland. Vanaf zijn kleine landgoed bleef Maxwell de wereld bestoken met briljante ideeën. Zo introduceerde hij het gedachtenexperiment, een methode waar Einstein later veel plezier van zou hebben. Ook hield hij zich bezig met regeltechniek en legde zo de basis voor de cybernetica.

Uiteindelijk drong het natuurlijk toch door hoe belangrijk zijn theorie van elektromagnetisme was, zeker nadat hij zijn gedachten verder had uitgewerkt in een boek van duizend bladzijden. Maxwell werd overgehaald om naar Cambridge te komen, waar hij een heel nieuw laboratorium mocht inrichten, het Cavendish. Hij overleed in 1879.

James Clerk Maxwell was al met al een keurige, zorgzame, vriendelijke en dus nogal saaie man en dan kun je nog zo’n belangrijke natuurkundige zijn, je trekt geen grote hoeveelheden biografen aan. Het boek van Basil Mahon sluit goed aan bij zijn onderwerp: degelijk, interessant, maar nergens opwindend.

Basil Mahon, The man who changed everything; the life of James Clerk Maxwell. Wiley, 2004.