ジェームズ・クラーク・マクスウェル

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ジェームズ・クラーク・マクスウェル
ジェームズ・クラーク・マクスウェル(1831–1879)
人物情報
生誕 1831年6月13日
イギリスの旗 グレートブリテン及びアイルランド連合王国 スコットランドの旗 スコットランド エディンバラ
死没 1879年11月5日(48歳)
イギリスの旗 グレートブリテン及びアイルランド連合王国 イングランドの旗 イングランド ケンブリッジ
国籍 イギリスの旗 イギリス
出身校 エディンバラ大学
ケンブリッジ大学
学問
研究分野 物理学数学
研究機関 マリシャルカレッジ(アバディーン
キングス・カレッジ・ロンドン
ケンブリッジ大学
指導教員 ウィリアム・ホプキンス
主な指導学生 ジョージ・クリスタル
主な業績 マクスウェルの方程式
マクスウェル分布
マクスウェルの悪魔
マクスウェルの関係式
変位電流 など
主な受賞歴 スミス賞 (1854)
アダムス賞 (1857)
ランフォード・メダル (1860)
キース賞 (1869–71)
署名
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統計力学
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熱力学 · 気体分子運動論

ジェームズ・クラーク・マクスウェルJames Clerk Maxwell1831年6月13日 - 1879年11月5日)は、イギリスの理論物理学者である。姓はマックスウェルと表記されることもある。

マイケル・ファラデーによる電磁場理論をもとに、1864年マクスウェルの方程式を導いて古典電磁気学を確立した。さらに電磁波の存在を理論的に予想しその伝播速度が光の速度と同じであること、および横波であることを示した。これらの業績から電磁気学の最も偉大な学者の一人とされる。また、土星気体分子運動論熱力学統計力学などの研究でも知られている。

経歴[編集]

大学卒業以前[編集]

1831年6月13日スコットランドエディンバラで、弁護士のジョン・クラーク(John Clerk)とフランシス・ケイ(Frances Cay)の間に生まれる。父のジョンはマクスウェル家の持つ1800エーカーの広大な土地を相続しており、それがあるスコットランド南西部のミドルビーでマクスウェルは幼少期を過ごした。近くには学校がなかったため母のフランシスが教師となったが8歳の時に母ががんで亡くなり、以後は相性の悪い家庭教師の下で2年間学んだ。

1841年11月に10歳でエディンバラ中等学校に入学し、当初は訛りをからかわれたもののやがて早熟な才能を示した。14歳の時には書いた詩が『エディンバラ通信』に掲載され、その半年後には複数の焦点を用いた形線の定義とこれに基づいたピンと糸による描法を考え出している。この業績はエディンバラ大学のジェームズ・フォーブスに認められ、エディンバラ王立協会で発表された。

1847年に16歳でエディンバラ大学に入学し、偏光による弾性ひずみの観察の研究などを行なった。さらに1850年ケンブリッジ大学の聖ペテロカレッジ(後のピーターハウス)に入ったが、翌学期から学内のトリニティーカレッジに移った。なお、当時のケンブリッジには物理学者のジョージ・ガブリエル・ストークスウィリアム・ヒューウェルがいた。1854年数学学位を2位の成績で取得して卒業している[1]。この時1位だった数学者のラウスに負けた悔しさからマクスウェルは学内の数学のスミス賞を狙い、こちらはラウスと同時受賞となった。

大学卒業後[編集]

卒業後も教授の資格を得るためにトリニティーカレッジに残ってフェローとして研究や学生の指導を行ない、1855年12月10日にはマイケル・ファラデーの提唱した磁気力線に関する論文を発表した。これが契機となって、後にファラデーとの間に交流が生まれている。1856年4月30日付でトリニティーカレッジの研究員となり、さらに同年10月15日に故郷のスコットランドのアバディーンにあるマリシャルカレッジで科学哲学教授に就任した。なお、4月2日には父・ジョンが亡くなった。

この頃ケンブリッジのアダムズ賞に取り組み、1857年度の課題だった「土星の構造と安定性」について1856年12月16日に論文を提出し、翌1857年5月30日に受賞した。この論文において安定して環が存在し続けるためには、環は無数の粒子から構成されていなければならないとの結論を得ている。1858年2月にはマリシャルの学長の娘であるキャサリン・マリー・デュワーと結婚し、同年6月に披露宴を挙げている。1859年9月21日に発表した気体の動力学的理論の論文では、個々の粒子の速度分布はマクスウェル分布に従う事を示した。

史上初のカラー写真

1860年、マリシャルカレッジと近郊のキングスカレッジとの統合にともない教授の職を失った。マクスウェルはグレンレア領の領主であり[2]、所有地からの収入は年間2000ポンドに上っており収入の不安はなかったが、マックスウェルは同年7月11日からロンドンキングス・カレッジ・ロンドン(前述の統合校とは別)の自然哲学の教授職に就いた。1861年には、光の三原色それぞれのフィルターを着けて撮影した3枚の写真を重ねることで史上初めてカラー写真の撮影に成功した。右図のように被写体はタータンリボンであり、この結果は同年5月17日に王立研究所で発表された。

また同年、気体分子運動論の論文を発表した。この論文では、エーテルの中で力線に沿って整列した渦流が敷き詰められ、その間に小さな歯車のような存在があって噛み合っているという力学モデルを提案した。これは現実的ではないが、ここから正確なアンペールの法則が初めて導き出された。さらにエーテルを弾性体として電気・磁気の力によって伝播する波の速度を求めたところ、光速度とほぼ一致することが明らかになった。すなわち光は横波であり、かつ電磁気と一体の現象として捉えられることがわかった。これらを整理して渦流を用いずに説明できる電磁場のモデルであるマクスウェルの方程式を導き、1864年に王立学会で発表した。

1864年には、相反作用の定理en:Betti's theorem、Maxwell-Betti reciprocal work theoremとも)についての論文も発表している。

論文執筆などで多忙のため、1865年4月にマクスウェルはキングスカレッジを退職した。同年秋に故郷のミドルビーに戻り、1867年の春から夏にかけては妻の転地療養も兼ねてイタリアを訪れている。1868年には論文の中で電磁波という言葉を使用し、電気磁気の相関に触れた。また1871年には著作の中で、クラウジウスが提唱した熱力学第二法則に疑問を投げかけ、マクスウェルの悪魔と呼ばれる有名な思考実験を提唱している。

1871年3月18日にケンブリッジ大学で実験物理学の初代教授となった。ここでは総長の第7代デヴォンシャー公爵ウィリアム・キャヴェンディッシュ英語版の基金によるキャヴェンディッシュ研究所設立に貢献し、1874年6月16日に開所を迎えると初代所長となった。また1877年にはアダムス賞の審査員となり、かつて同級生だったラウスがこれを受賞している。1879年夏季にミドルビーに帰省した際に2年前から患った腹部のが悪化し、ケンブリッジで治療を受けるも11月5日に逝去した。

アルベルト・アインシュタイン1920年代にケンブリッジ大学を訪問した際、自分の業績はアイザック・ニュートンよりもマクスウェルに支えられた所が大きいと述べている。

著名になっても糊のきいた手袋とシャツを嫌い、もっぱら3等客車に乗り目上の者にも目下の者にも同じように接した純朴な人だった。

年譜[編集]

脚注[編集]

  1. ^ 「スコットランド文化事典」p639 木村正俊・中尾正史編 原書房 2006年11月3日第1刷
  2. ^ 「スコットランド文化事典」p639 木村正俊・中尾正史編 原書房 2006年11月3日第1刷

参考文献[編集]

マクスウェル本人の著作は著作権が切れており、オンライン上で多数見いだすことができる。

マクスウェルの著作で邦訳があるもの[編集]

  • 竹内薫訳『電気論の初歩 上』シャムハトプレス2006年ISBN 9784903031057
  • 井口和基訳、『マックスウェルの電磁気学』、太陽書房、2012年
  • 佐光興亜訳 、『気体の動力学的理論の例示』『気体の動力学的理論について』、松村博之訳、『質点系におけるエネルギーの平均分布に関するBoltzmannの理論について』(『気体分子運動論』、東海大学出版会、〈物理学古典論文叢書〉、1971年、1-126頁に収録 )

評伝[編集]

  • 矢島祐利著、『マックスウェル』、弘文堂、〈科学史をつくる人々〉、1950年
  • カルツェフ著、早川光雄・金田一真澄訳『マクスウェルの生涯』、東京図書、1976年
  • フランシス・エヴァリッツ『ジェームズ・クラーク・マクスウェル 電気と磁気を統一した男』 パリティ、Vol.22(10)、P.19-28、2007年
  • 宮下保『自然へのまなざし マクスウェルの場合』 東海大学海洋学部紀要、Vol.27、P.59-80、2001年
  • 太田浩一『マクスウェルは世界を変えた』 数理科学、Vol.455、P.9-18、2001年
  • 久保泉『エルゴード伝説 マックスウェルとボルツマンの成果』 数学セミナー、Vol.21(10)、P.74-80、1982年
  • Campbell, Lewis『The Life of James Clerk Maxwell』、1882年
  • James C. Rautio『Maxwell's Legacy』、2005年 その和文要約2008年
  • Peter M. Harman『The Natural Philosophy of James Clerk Maxwell』、Cambridge University Press、1998年

関連項目[編集]