Maxwell

Maxwell (bâtiment)                    D8-D9-E8-E9

Domaine universitaire.

Toponyme créé (toponyme indirectement descriptif).

*       Thème du patrimoine européen et universel.

*       Thème des sciences exactes.

*       Thème des toponymes descriptifs.

James Clerk Maxwell (1831-1879) était un physicien et mathématicien écossais, dont les travaux relatifs à l’électromagnétisme et à la lumière ont ouvert la voie à la relativité restreinte et à la mécanique quantique. Il n’est pas étonnant qu’il ait donné son nom à un bâtiment abritant le Département d’électricité.

*    James Clerk Maxwell (Edinburg, 13 juin 1831-Cambridge, 5 novembre 1879) fut d’abord élevé par sa mère, jusqu’à sa mort précoce, alors qu’il n’avait que huit ans. Son père souhaitait prendre la relève, mais après deux ans, la famille se rend à Edinburg et l’enfant intègre the Edinburg Academy. Ensuite, il poursuivra à l’université de cette ville. De son séjour à l’Académie d’Edinburg date son amitié avec P.G. Tait et Lewis Campbell, son biographe.

En 1850, il entre au Trinity College d’Oxford d’où il sort diplômé en mathématiques quatre ans plus tard. Deux ans plus tard, il publie l’un de ses travaux les plus importants, On Faraday’s lines of force qui fut lu à la Cambridge Philosophical Society en deux temps, en 1855 et 1856. Ce travail est le premier pas vers son chef d’œuvre le Treatise on electricity and magnetism, qui contient les équations de Maxwell. Ces dernières comptent parmi les plus importantes de la physique. Le texte lu à Cambridge — de 1853 à 1856, il oscille entre Oxford et Cambridge — en 1855-56, contient déjà deux de ses 8 groupes d’équations. De nos jours ces équations sont au nombre de 4 grâce à l’utilisation de notations plus concises. Par contre les opérateurs indispensables, dont la première idée a été donnée par Hamilton (Ñ), sont inventés par Maxwell. Ces opérateurs traduisent des phénomènes que Faraday avait mis géométriquement en exergue dans ses Experimental Researches in Electricity. Faraday y analyse l’action d’aimants et de courants sur la limaille de fer. Outre les travaux de Faraday, l’article On Faraday’s Lines of Force fait appel aux équations du mouvement d’un fluide d’Euler et à un procédé très prisé de Maxwell, qui en fait un outil d’invention, l’analogie. Il a remarqué, avec les équations d’Euler, que la forme de certaines équations pouvait être reprise dans d’autres domaines, si l’on y changeait judicieusement les grandeurs auxquelles ces formes s’appliquent. Il montre que si l’on a une forme d’équation, comme celle d’Euler, qui s’applique dans deux domaines différents, l’un bien connu et l’autre nouveau, on pourra trouver dans le nouveau domaine des équations de même forme que celles qui découlent de la première dans le domaine connu. Nous disons aujourd’hui que deux telles théories sont duales.

En 1856, la santé de son père se dégrade et il postule à Aberdeen pour le rejoindre. Il y restera jusqu’en 1860, malgré de décès de son père et s’y mariera. C’est à Aberdeen qu’il écrit, un autre article particulièrement important On the Stability of Saturn’s Rings (1859). C’est sur ce travail que se fonderont les modèles qualifiés de saturniens de Bohr et de Sommerfeld.

À la fin de cette période vécue à Aberdeen, Maxwell publie deux textes sur la théorie cinétique des gaz. Dès le premier de ces textes, Illustrations of the dynamical theory of gases, il réhabilite le modèle du gaz parfait, constitué de petites sphères en très grand nombre, qui ont un mouvement permanent et qui s’entrechoquent. Ce modèle avait été proposé par Daniel Bernoulli en 1738 et oublié ensuite. Un abstract de son article est même intitulé On the results of Bernoulli’s theorem of gases. Ces travaux, qui seront complétés par Boltzmann, aboutiront en 1879 (Maxwell) et 1881 (Boltzmann) à la distribution qui porte leurs deux noms.

Ensuite, en 1860, il gagne le King’s College de Londres, où il reste jusqu’à son départ pour Cambridge, où il meurt à l’âge de 48 ans.

Durant cette dernière période paraît son chef d’œuvre, le Treatise on electricity and magnetism (1873), qui contient ses équations sous la forme standard de l’époque mais aussi sous forme quaternionique.

Bibliographie : L. Campbell, The life of James Clerk Maxwell, Londres, 1882 ; C.W.F. Everitt, James Clerk Maxwell: Physicist and Natural Philosopher, 1975 ; P. Radelet-de Grave, Posterity of the Gas Model by Daniel Bernoulli, or Attempts at Introducing Complexity in a Model, dans The Science of Complexity chimera or reality ?, Bologne, 2005.

P. Radelet-de Grave

→     Boltzmann.