James Clerk Maxwell

James Clerk Maxwell (13.06.1831 - 05.11.1879)

Physiker, mathematisches Genie und »Hahn im Korb« auf der Venus

James Clerk Maxwell - wohlbekannt durch die Maxwellschen Gleichungen des Elektromagnetismus - war ein Reformator der Physik, der bedeutendste vor Albert Einstein (1879-1955) und nach Isaac Newton (1643-1727). Sein herausragendes Talent lag jedoch weniger in experimentellen Fähigkeiten als darin, physikalische Phänomene mathematisch zu formulieren. Man könnte ihn also genauso gut als Mathematiker bezeichnen... oder wir vergessen einfach die heute von uns so gern praktizierte Trennung der Fachgebiete und nennen ihn ein Genie.

James Clerk Maxwell kam am 13. Juni 1831 als einziges Kind des Rechtsanwaltes John Clerk in Edinburgh zur Welt. Zunächst wuchs er auf dem Großgrundbesitz seines Vaters auf. Seine religiöse Mutter, eine geborene Maxwell (ca.1793-1839), erzog ihn zu einem tief gläubigen und humanitär engagierten Menschen. Als die Mutter starb - James war zu diesem Zeitpunkt erst acht Jahre alt - schickte ihn der Vater zu Schule nach Edinburgh.

Bereits im Alter von 14 Jahren machte James auf sein ungewöhnliches mathematisch-geometrisches Talent aufmerksam, indem er eine Anleitung schrieb, wie mathematische Kurven mit einer Schnur zu zeichnen sind. Mit 16 begann er in Edinburgh Natur-, Moral- und mentale Philosophie zu studieren. Schon während des Studiums veröffentlichte er, u.a. »On the Equilibrium of Elastic Solids« (»Über das Gleichgewicht von elastischen Festkörpern«), von dem ausgehend er später die zeitweilige Doppelberechnung in viskosen Flüssigkeiten durch Schwerkräfte entdeckte.

1850 wechselte James Maxwell zur Cambridge University. Dort ließ er seine mathematischen Fähigkeiten fördern und brachte es 1854 zu einem hervorragenden Abschluß. Unmittelbar danach wies er mit »On Faraday's Lines of Force« (»Über Faradays Kraftlinien«) auf sein Interesse an den von Michael Faraday (1791-1867) beschriebenen elektromagnetischen Phänomenen hin. Die berühmten Formeln erwähnte er jedoch noch nicht, obwohl er sie zu diesem Zeitpunkt schon fast vollständig ausgearbeitet hatte.

Danach begann er mit den intensiven und langjährigen Forschungen über Farbensehen und Farbenblindheit, wobei er die Dreifarbentheorie von Thomas Young (1773-1829) erweiterte und die erste Farbfotografie der Welt anfertigen ließ. Dazu wurde ein schottisches Tartran-Muster dreimal, jeweils mit einem blauen, grünen und roten Filter, fotografiert und die Abbilder später mit den entsprechenden Filtern übereinander projiziert. Damit erarbeitete er nicht nur die Grundlagen der Farbfotografie, sondern auch des Farbfernsehens.

1856 wurde James Maxwell zum Professor für Naturphilosophie nach Aberdeen berufen. In seinem Aufsatz »On the Stability of Saturn's Rings« (1857, »Über die Stabilität der Saturn-Ringe«) bewies er mathematisch, daß es sich bei den Saturn-Ringen nicht, wie bis dahin angenommen, um ein festes Gebilde, sondern um eine Ansammlung kleinerer Partikel handelt. Wohl in Anerkennung dieses Ausfluges in die Astronomie wurde eine Gebirgskette auf der Venus Maxwell Montes genannt - übrigens ein Novum, da alle anderen Strukturen der Venus nach Frauen benannt sind.

Nicht zufällig beschäftigte sich James Maxwell zu jener Zeit mit der Theorie der Gase; auch hier ging es um die Bewegungen von Teilchen. Hatten seine Vordenker wie Rudolf Clausius (1822-1888) die durchschnittliche Geschwindigkeit von Gasteilchen betrachtet, fragte James Maxwell nach deren tatsächlichen Geschwindigkeit; es war die Geburtsstunde der Statistischen Physik. Parallel zu und im (konkurrierenden) Austausch mit Ludwig Boltzmann (1844-1906) entwickelte er die kinetische Gastheorie. Die »Zusammenarbeit«, schlug sich in der Maxwell-Boltzmann-Verteilung (1866) nieder, die Auskunft gibt über die Geschwindigkeitsverteilung von Gasteilchen in Abhängigkeit von der Temperatur des Gases und der Masse der Teilchen.

1860 wurde James Maxwell zum Professor für Physik und Astronomie an das King's College nach London berufen und im Jahr darauf in die Royal Societygewählt. 1862 erschienen die Maxwell-Gleichungen unter dem Titel »On Physical Lines of Force«. Nach Maxwell bedingt die zeitliche Änderung eines elektrischen Feldes eine räumliche Änderung des magnetischen Feldes und umgekehrt, wodurch bei senkrecht aufeinanderstehenden Feldern eine elektromagnetische Welle denkbar wird. Als theoretische Ausbreitungsgeschwindigkeit einer solchen Welle berechnete er Lichtgeschwindigkeit, was ihn - absolut korrekt, denn bis heute ist uns nichts besseres dazu eingefallen - zu der Annahme führte, daß Licht eine elektromagnetische Welle ist.

Jedoch, auch ein Genie kann sich irren: er ging davon aus, daß eine elektromagnetische Welle einen Träger braucht, den er als »Lichtäther« bezeichnete. In Experimenten erwies sich dieser »Lichtäther« jedoch als zunehmend problematisch - übrigens einer der Gründe, die Albert Einstein zur Formulierung der Speziellen Relativitätstheorie anregten.

So revolutionär James Clerk Maxwell für die Physik war, so antiquiert konnte er sich auf anderen Gebieten erweisen. Als überzeugter Christ versuchte er die an Popularität gewinnende Evolutionstheorie Charles Darwins (1809-1882) mit wissenschaftlichen Mitteln zu bekämpfen.

1865 zog sich James Maxwell aus gesundheitlichen Gründen auf den Grundbesitz seines Vaters zurück; finanziell abgesichert gab er 1868 seinen Lehrstuhl am King's College auf. Der Wissenschaft blieb er dagegen treu, u.a. forderte er 1871, ausgehend von der Position der Atomistik, daß es sich bei Atomen um unveränderliche Grundbausteine handelt, atomare Standards für die Einheiten von Masse, Länge und Zeit (wie wir sie heute haben).

Mehrfach wurden er auf Lehrstühle berufen, doch erst 1871 kam ein Angebot, dem er nicht widerstehen konnte. In Cambridge wurde er erster Professor für Experimentelle Physik und leitete den Aufbau des ersten englischen und heute noch berühmten Experimentallabors, das aus dem Erbe von Henry Cavendish (1731-1810), dem Entdecker des Wasserstoffs, finanziert und nach ihm Cavendish Laboratory genannt wurde.

James Clerk Maxwell starb am 5. November 1879 im Alter von nur 48 Jahren wie seine Mutter an Unterleibskrebs. Am 13. Juni wäre er 175 Jahre alt geworden.


Silke Sorge