James Clerk Maxwell

1.1. Masa Kecil dan Pendidikan Awal

James Clerk Maxwell lahir pada 13 Juni 1831 di 14 India Street, Edinburgh, Skotlandia. Ia adalah putra dari John Clerk Maxwell of Middlebie, seorang advokat yang berkecukupan, dan Frances Cay, putri dari Robert Hodshon Cay. Tempat kelahirannya kini menjadi museum yang dioperasikan oleh Yayasan James Clerk Maxwell. Keluarga ayahnya adalah klan Clerk dari Penicuik, pemegang gelar baronet Clerk of Penicuik. Ayahnya, John Clerk, menambahkan "Maxwell" ke namanya setelah mewarisi perkebunan Middlebie seluas 1.50 K ha di Dumfriesshire pada tahun 1793. James adalah sepupu pertama dari seniman Jemima Blackburn dan insinyur sipil William Dyce Cay. Cay dan Maxwell adalah teman dekat, dengan Cay menjadi pendamping pengantin pria pada pernikahan Maxwell.

Orang tua Maxwell menikah di usia tiga puluhan; ibunya hampir berusia 40 tahun saat ia lahir. Mereka sebelumnya memiliki seorang putri bernama Elizabeth yang meninggal saat masih bayi. Ketika Maxwell masih muda, keluarganya pindah ke Glenlair, di Kirkcudbrightshire, sebuah perkebunan yang dibangun oleh orang tuanya. Sejak usia dini, Maxwell menunjukkan rasa ingin tahu yang tak terpadamkan. Pada usia tiga tahun, segala sesuatu yang bergerak, bersinar, atau bersuara memancing pertanyaan darinya: "apa yang terjadi?" Ibunya menggambarkan sifat ingin tahu bawaannya dalam sebuah surat pada tahun 1834, menulis bahwa ia adalah "pria yang sangat bahagia" yang "tidak pernah lepas dari mulutnya pertanyaan 'tunjukkan padaku bagaimana ini berfungsi'".

Menyadari potensi anaknya, Frances, ibu Maxwell, bertanggung jawab atas pendidikan awalnya, yang pada era Victoria sebagian besar adalah tugas wanita di rumah. Pada usia delapan tahun, ia sudah bisa melafalkan bagian-bagian panjang dari karya John Milton dan seluruh Mazmur 119 (176 ayat). Pengetahuannya tentang kitab suci sangat rinci; ia bisa memberikan bab dan ayat untuk hampir semua kutipan dari Mazmur. Ibunya jatuh sakit karena kanker perut dan meninggal pada Desember 1839, saat Maxwell berusia delapan tahun, setelah operasi yang tidak berhasil. Pendidikannya kemudian diawasi oleh ayah dan bibi iparnya, Jane, yang keduanya memainkan peran penting dalam hidupnya.

Pendidikan formalnya dimulai dengan tidak berhasil di bawah bimbingan seorang tutor sewaan berusia 16 tahun yang memperlakukannya dengan kasar. Tutor tersebut diberhentikan pada November 1841. Ayah James membawanya ke demonstrasi propulsi listrik dan gaya magnet oleh Robert Davidson pada 12 Februari 1842, sebuah pengalaman yang memiliki implikasi mendalam bagi bocah itu.

Maxwell kemudian dikirim ke Edinburgh Academy yang bergengsi. Selama semester, ia tinggal di rumah bibinya Isabella. Minatnya pada menggambar didorong oleh sepupu tuanya, Jemima. Maxwell yang berusia 10 tahun, yang dibesarkan dalam isolasi di perkebunan pedesaan ayahnya, pada awalnya tidak cocok di sekolah. Ia bergabung dengan kelas kedua dengan teman-teman sekelas yang setahun lebih tua darinya. Tingkah lakunya dan aksen Galloway-nya terkesan kasar bagi anak-anak lain, dan ia mendapat julukan "Daftie". Namun, ia tidak pernah membenci julukan itu. Isolasi sosialnya berakhir ketika ia bertemu Lewis Campbell dan Peter Guthrie Tait, dua anak laki-laki seusia yang kemudian menjadi sarjana terkenal dan teman seumur hidupnya.

Maxwell terpesona oleh geometri sejak usia dini, menemukan kembali polihedra beraturan sebelum ia menerima instruksi formal apa pun. Meskipun ia memenangkan hadiah biografi kitab suci sekolah pada tahun keduanya, karya akademisnya tetap tidak diperhatikan sampai, pada usia 13 tahun, ia memenangkan medali matematika sekolah dan hadiah pertama untuk bahasa Inggris dan puisi.

Minat Maxwell melampaui silabus sekolah. Ia menulis makalah ilmiah pertamanya pada usia 14 tahun. Dalam makalah berjudul "Tentang deskripsi kurva oval dan mereka yang memiliki pluralitas fokus" (1846), ia menjelaskan cara mekanis menggambar kurva matematika dengan seutas benang, serta sifat-sifat elips, oval Cartesian, dan kurva terkait dengan lebih dari dua fokus. Karya ini disajikan kepada Royal Society of Edinburgh oleh James David Forbes, seorang profesor filsafat alam di Universitas Edinburgh, karena Maxwell dianggap terlalu muda untuk mempresentasikannya sendiri. Meskipun bukan sepenuhnya orisinal karena René Descartes telah meneliti sifat-sifat elips multifokal semacam itu pada abad ke-17, Maxwell telah menyederhanakan konstruksinya.

1.2. Universitas Edinburgh dan Cambridge

Maxwell meninggalkan Akademi pada tahun 1847 pada usia 16 tahun dan mulai menghadiri kelas-kelas di Universitas Edinburgh. Ia memiliki kesempatan untuk kuliah di Universitas Cambridge, tetapi memutuskan untuk menyelesaikan studi sarjana penuhnya di Edinburgh. Staf akademik universitas termasuk beberapa nama yang sangat dihormati; tutor tahun pertamanya termasuk William Hamilton, yang memberinya kuliah tentang logika dan metafisika, Philip Kelland tentang matematika, dan James David Forbes tentang filsafat alam. Ia tidak menemukan kelasnya menuntut, dan karena itu dapat membenamkan dirinya dalam studi pribadi selama waktu luang di universitas dan terutama ketika kembali ke rumah di Glenlair. Di sana ia akan bereksperimen dengan peralatan kimia, listrik, dan magnetik improvisasi; namun, perhatian utamanya mengenai sifat-sifat cahaya terpolarisasi. Ia membangun balok gelatin berbentuk, membuatnya mengalami berbagai tegangan, dan dengan sepasang prisma Nicol yang diberikan kepadanya oleh William Nicol, ia mengamati garis-garis berwarna yang telah berkembang di dalam jeli. Melalui praktik ini ia menemukan fotoelastisitas, yang merupakan sarana untuk menentukan distribusi tegangan dalam struktur fisik.

Pada usia 18, Maxwell menyumbangkan dua makalah untuk Transactions of the Royal Society of Edinburgh. Salah satunya, "Tentang Keseimbangan Padatan Elastis", meletakkan dasar untuk penemuan penting di kemudian hari dalam hidupnya, yaitu pembiasan ganda sementara yang diproduksi dalam cairan viskos oleh tegangan geser. Makalahnya yang lain adalah "Kurva Bergulir" dan, seperti halnya makalah "Kurva Oval" yang telah ia tulis di Edinburgh Academy, ia sekali lagi dianggap terlalu muda untuk berdiri di mimbar untuk mempresentasikannya sendiri. Makalah itu dikirim ke Royal Society oleh tutornya Kelland.

Pada Oktober 1850, Maxwell, yang sudah menjadi ahli matematika ulung, meninggalkan Skotlandia menuju Universitas Cambridge. Ia awalnya menghadiri Peterhouse, tetapi sebelum akhir semester pertamanya ia pindah ke Trinity College, di mana ia percaya akan lebih mudah untuk mendapatkan beasiswa. Di Trinity ia terpilih menjadi anggota masyarakat rahasia elit yang dikenal sebagai Cambridge Apostles. Pemahaman intelektual Maxwell tentang iman Kristen dan sainsnya berkembang pesat selama tahun-tahunnya di Cambridge. Ia bergabung dengan "Rasul", sebuah masyarakat debat eksklusif dari elit intelektual, di mana melalui esai-esainya ia berusaha untuk mengembangkan pemahaman ini. Ia menulis:
: "Sekarang rencana besar saya, yang dikandung dari yang lama, ... adalah membiarkan tidak ada yang sengaja dibiarkan tidak diperiksa. Tidak ada yang harus menjadi tanah suci yang dikuduskan untuk Iman Stasioner, baik positif maupun negatif. Semua tanah bera harus dibajak dan sistem rotasi reguler diikuti. ... Jangan pernah menyembunyikan apa pun, baik itu gulma atau tidak, atau sepertinya tidak ingin menyembunyikannya. ... Sekali lagi saya menegaskan Hak Pelanggaran pada setiap plot Tanah Suci yang telah dipisahkan oleh siapa pun. ... Sekarang saya yakin bahwa tidak seorang pun kecuali seorang Kristen yang benar-benar dapat membersihkan tanahnya dari tempat-tempat suci ini. ... Saya tidak mengatakan bahwa tidak ada orang Kristen yang memiliki tempat-tempat tertutup semacam ini. Banyak yang memiliki banyak, dan setiap orang memiliki beberapa. Tetapi ada traktat yang luas dan penting di wilayah Scoffer, Pantheist, Quietist, Formalist, Dogmatist, Sensualist, dan sisanya, yang secara terbuka dan khusyuk Tabu. ..."

Pada musim panas tahun ketiganya, Maxwell menghabiskan waktu di rumah Rev. C.B. Tayler di Suffolk, paman dari seorang teman sekelasnya. Kecintaan keluarga pada Tuhan sangat mengesankan Maxwell, terutama setelah ia dirawat kembali dari sakit oleh pendeta dan istrinya. Sekembalinya ke Cambridge, Maxwell menulis surat yang berisi kesaksian berikut:
: "... Saya memiliki kapasitas untuk menjadi lebih jahat daripada teladan apa pun yang dapat diberikan manusia kepada saya, dan ... jika saya melarikan diri, itu hanya dengan kasih karunia Tuhan yang membantu saya untuk menyingkirkan diri saya sendiri, sebagian dalam sains, lebih lengkap dalam masyarakat, -tetapi tidak secara sempurna kecuali dengan berkomitmen kepada Tuhan ..."

Pada November 1851, Maxwell belajar di bawah William Hopkins, yang keberhasilannya dalam memelihara kejeniusan matematika membuatnya mendapat julukan "pembuat senior wrangler".

Pada tahun 1854, Maxwell lulus dari Trinity dengan gelar di bidang matematika. Ia meraih nilai tertinggi kedua dalam ujian akhir, di belakang Edward Routh, dan mendapatkan gelar Second Wrangler. Ia kemudian dinyatakan setara dengan Routh dalam ujian Smith's Prize yang lebih berat. Segera setelah mendapatkan gelarnya, Maxwell membaca makalahnya "Tentang Transformasi Permukaan dengan Pembengkokan" kepada Cambridge Philosophical Society. Ini adalah salah satu dari sedikit makalah matematika murni yang ia tulis, menunjukkan peningkatan statusnya sebagai ahli matematika. Maxwell memutuskan untuk tetap di Trinity setelah lulus dan melamar beasiswa, sebuah proses yang ia perkirakan akan memakan waktu beberapa tahun. Didukung oleh kesuksesannya sebagai mahasiswa peneliti, ia akan bebas, terlepas dari beberapa tugas les dan ujian, untuk mengejar minat ilmiah di waktu luangnya sendiri.

Sifat dan persepsi warna adalah salah satu minat yang ia mulai di Universitas Edinburgh saat ia menjadi mahasiswa Forbes. Dengan gasing berwarna yang ditemukan oleh Forbes, Maxwell mampu menunjukkan bahwa cahaya putih akan dihasilkan dari campuran cahaya merah, hijau, dan biru. Makalahnya "Eksperimen tentang Warna" menjabarkan prinsip-prinsip kombinasi warna dan dipresentasikan kepada Royal Society of Edinburgh pada Maret 1855. Maxwell kali ini mampu menyampaikannya sendiri.

Maxwell diangkat menjadi anggota Trinity pada 10 Oktober 1855, lebih cepat dari biasanya, dan diminta untuk mempersiapkan kuliah tentang hidrostatika dan optik serta menetapkan kertas ujian. Februari berikutnya ia didesak oleh Forbes untuk melamar Jabatan Ketua Filsafat Alam yang baru kosong di Marischal College, Aberdeen. Ayahnya membantunya dalam tugas menyiapkan referensi yang diperlukan, tetapi meninggal pada 2 April di Glenlair sebelum keduanya mengetahui hasil pencalonan Maxwell. Ia menerima jabatan profesor di Aberdeen, meninggalkan Cambridge pada November 1856.

1.3. Karier Awal sebagai Profesor (Marischal College, Aberdeen)

Pada usia 25 tahun, Maxwell menjadi profesor di Marischal College, Aberdeen, yang berusia 15 tahun lebih muda dari profesor lainnya di sana. Ia terlibat aktif dalam tanggung jawab barunya sebagai kepala departemen, merancang silabus, dan mempersiapkan kuliah, mengajar selama 15 jam seminggu, termasuk kuliah pro bono mingguan kepada perguruan tinggi pekerja setempat. Ia tinggal di Aberdeen bersama sepupunya William Dyce Cay, seorang insinyur sipil Skotlandia, selama enam bulan tahun akademik dan menghabiskan musim panas di Glenlair, yang ia warisi dari ayahnya.

Seorang mantan mahasiswanya menggambarkan Maxwell di akhir tahun 1850-an sebagai "pria berperawakan sedang, dengan tubuh yang kokoh, dan langkah yang lincah; berpakaian santai daripada elegan; wajah yang sekaligus menunjukkan kebijaksanaan dan humor yang baik, namun diselimuti bayangan pemikiran yang mendalam; fitur-fitur yang tegas namun menarik; mata gelap dan bersinar; rambut dan janggut yang hitam pekat, sangat kontras dengan pucatnya warna kulitnya."

Maxwell memusatkan perhatiannya pada masalah yang telah membingungkan para ilmuwan selama 200 tahun: sifat cincin Saturnus. Tidak diketahui bagaimana cincin-cincin itu dapat tetap stabil tanpa pecah, hanyut, atau menabrak Saturnus. Masalah ini menjadi perhatian khusus saat itu karena St John's College, Cambridge telah memilihnya sebagai topik untuk Adams Prize tahun 1857. Maxwell mencurahkan dua tahun untuk mempelajari masalah ini, membuktikan bahwa cincin padat biasa tidak bisa stabil, sementara cincin fluida akan dipaksa oleh aksi gelombang untuk pecah menjadi gumpalan. Karena tidak ada yang diamati, ia menyimpulkan bahwa cincin-cincin itu harus terdiri dari banyak partikel kecil yang ia sebut "kelelawar bata" atau "batu bata", masing-masing secara independen mengorbit Saturnus.

Maxwell dianugerahi Adams Prize senilai 130 GBP pada tahun 1859 untuk esainya "Tentang stabilitas gerak cincin Saturnus"; ia adalah satu-satunya peserta yang berhasil mengajukan entri. Karyanya begitu rinci dan meyakinkan sehingga ketika George Biddell Airy membacanya, ia berkomentar, "Ini adalah salah satu aplikasi matematika ke fisika yang paling luar biasa yang pernah saya lihat." Karyanya dianggap sebagai kata terakhir tentang masalah ini sampai pengamatan langsung oleh pesawat antariksa Voyager pada tahun 1980-an mengkonfirmasi prediksi Maxwell bahwa cincin-cincin itu terdiri dari partikel-partikel. Namun, kini dipahami bahwa partikel-partikel cincin tidak sepenuhnya stabil, ditarik oleh gravitasi ke Saturnus, dan diperkirakan akan lenyap sepenuhnya selama 300 juta tahun ke depan.

Pada tahun 1857 Maxwell berteman dengan Pendeta Daniel Dewar, yang saat itu adalah Kepala Sekolah Marischal. Melalui dia Maxwell bertemu putri Dewar, Katherine Mary Dewar. Mereka bertunangan pada Februari 1858 dan menikah di Aberdeen pada 2 Juni 1858. Dalam catatan pernikahan, Maxwell terdaftar sebagai Profesor Filsafat Alam di Marischal College, Aberdeen. Katherine berusia tujuh tahun lebih tua dari Maxwell. Tidak banyak yang diketahui tentangnya, meskipun diketahui bahwa ia membantu di laboratoriumnya dan mengerjakan eksperimen dalam viskositas. Penulis biografi dan teman Maxwell, Lewis Campbell, menunjukkan keengganan yang tidak biasa pada subjek Katherine, meskipun menggambarkan kehidupan pernikahan mereka sebagai "salah satu pengabdian yang tidak terekspos."

Pada tahun 1860, Marischal College bergabung dengan King's College, Aberdeen yang berdekatan untuk membentuk Universitas Aberdeen. Tidak ada ruang untuk dua profesor Filsafat Alam, jadi Maxwell, terlepas dari reputasi ilmiahnya, diberhentikan. Ia tidak berhasil melamar kursi Forbes yang baru-baru ini dikosongkan di Edinburgh, jabatan itu malah jatuh kepada Peter Guthrie Tait. Maxwell kemudian diberikan Jabatan Ketua Filsafat Alam di King's College London. Setelah pulih dari serangan cacar yang hampir fatal pada tahun 1860, ia pindah ke London bersama istrinya.

1.4. Profesor di King's College London

Masa kerja Maxwell di King's College London (1860-1865) mungkin adalah periode paling produktif dalam kariernya. Ia dianugerahi Rumford Medal dari Royal Society pada tahun 1860 atas karyanya tentang warna dan kemudian terpilih menjadi anggota Royal Society pada tahun 1861. Selama periode ini, ia menampilkan foto berwarna tahan lama pertama di dunia, mengembangkan lebih lanjut idenya tentang viskositas gas, dan mengusulkan sistem untuk mendefinisikan kuantitas fisik yang sekarang dikenal sebagai analisis dimensi.

Maxwell sering menghadiri kuliah di Royal Institution, di mana ia berhubungan secara teratur dengan Michael Faraday. Meskipun Faraday berusia 40 tahun lebih tua dari Maxwell dan menunjukkan tanda-tanda pikun, hubungan mereka, meskipun tidak bisa digambarkan sebagai sangat dekat, ditandai dengan rasa hormat yang kuat terhadap bakat satu sama lain.

Periode ini sangat penting bagi kemajuan yang dicapai Maxwell di bidang listrik dan magnetisme. Ia meneliti sifat-sifat medan listrik dan medan magnet dalam makalah dua bagiannya "Tentang Garis Gaya Fisik", yang diterbitkan pada tahun 1861. Dalam makalah tersebut, ia menyajikan model konseptual untuk induksi elektromagnetik, yang terdiri dari sel-sel kecil yang berputar dari fluks magnetik. Dua bagian lagi kemudian ditambahkan dan diterbitkan dalam makalah yang sama pada awal 1862. Pada bagian tambahan pertama, ia membahas sifat elektrostatika dan arus perpindahan. Pada bagian tambahan kedua, ia membahas rotasi bidang polarisasi cahaya dalam medan magnet, sebuah fenomena yang telah ditemukan oleh Faraday dan sekarang dikenal sebagai efek Faraday.

1.5. Pendirian Laboratorium Cavendish dan Kegiatan Akhir

Pada tahun 1865, Maxwell mengundurkan diri dari jabatan profesor di King's College, London, dan kembali ke Glenlair bersama Katherine. Di Glenlair, ia melanjutkan penelitiannya. Dalam makalahnya "Tentang Governor" (1868), ia secara matematis menggambarkan perilaku pengatur kecepatan-perangkat yang mengontrol kecepatan mesin uap-sehingga menetapkan dasar teoritis rekayasa kontrol. Dalam makalahnya "Tentang Figur Resiprokal, Kerangka, dan Diagram Gaya" (1870), ia membahas kekakuan berbagai desain kisi, yang memberikan dasar bagi metode Cremona-Maxwell dalam analisis struktur. Ia juga menulis buku teks Teori Panas (1871) dan risalah Materi dan Gerak (1876). Maxwell juga merupakan orang pertama yang secara eksplisit menggunakan analisis dimensi pada tahun 1871.

Maxwell diakui sebagai orang pertama yang memahami konsep teori kekacauan, karena ia mengakui pentingnya sistem yang menunjukkan "ketergantungan sensitif pada kondisi awal." Ia juga merupakan orang pertama yang menekankan "efek kupu-kupu" pada tahun 1870-an.

Pada tahun 1871, ia kembali ke Cambridge untuk menjadi Profesor Fisika Cavendish yang pertama. Maxwell ditugaskan untuk mengembangkan Laboratorium Cavendish, mengawasi setiap langkah dalam kemajuan pembangunan dan pembelian koleksi peralatan. Salah satu kontribusi besar terakhir Maxwell untuk sains adalah penyuntingan (dengan banyak catatan asli) penelitian Henry Cavendish, dari mana terungkap bahwa Cavendish meneliti, antara lain, pertanyaan-pertanyaan seperti kepadatan Bumi dan komposisi air. Melalui pekerjaan ini, Maxwell juga secara efektif membuktikan Hukum Coulomb. Ia terpilih sebagai anggota American Philosophical Society pada tahun 1876. Pada tahun 1877, ia menjadi penguji untuk Adams Prize, yang kala itu dimenangkan oleh mantan teman sekelasnya, Routh. Pengaruh Maxwell di Cambridge tidak hanya terbatas pada departemennya, tetapi juga meluas ke seluruh Eropa, dan ia banyak membantu para mahasiswa untuk mengembangkan kemampuan mereka.

2.1. Elektromagnetisme

Maxwell telah mempelajari dan mengomentari listrik dan magnetisme sejak tahun 1855, ketika makalahnya "Tentang Garis Gaya Faraday" dibacakan kepada Cambridge Philosophical Society. Makalah tersebut menyajikan model sederhana dari karya Faraday dan bagaimana listrik dan magnetisme saling berhubungan. Ia mereduksi semua pengetahuan saat itu menjadi seperangkat persamaan diferensial yang saling terkait dengan 20 persamaan dalam 20 variabel. Karya ini kemudian diterbitkan sebagai "Tentang Garis Gaya Fisik" pada Maret 1861.

Sekitar tahun 1862, saat mengajar di King's College, Maxwell menghitung bahwa kecepatan perambatan medan elektromagnetik kira-kira sama dengan kecepatan cahaya. Ia menganggap ini lebih dari sekadar kebetulan, berkomentar, "Kita hampir tidak dapat menghindari kesimpulan bahwa cahaya terdiri dari undulasi transversal dari medium yang sama yang merupakan penyebab fenomena listrik dan magnet."

Mengerjakan masalah lebih lanjut, Maxwell menunjukkan bahwa persamaan tersebut memprediksi keberadaan gelombang elektromagnetik dari medan listrik dan magnet yang berosilasi yang bergerak melalui ruang kosong dengan kecepatan yang dapat diprediksi dari eksperimen listrik sederhana; menggunakan data yang tersedia saat itu, Maxwell memperoleh kecepatan 310.74 M m/s. Dalam makalahnya tahun 1865 "Teori Dinamis Medan Elektromagnetik", Maxwell menulis, "Kesesuaian hasil tampaknya menunjukkan bahwa cahaya dan magnetisme adalah pengaruh dari substansi yang sama, dan bahwa cahaya adalah gangguan elektromagnetik yang disebarkan melalui medan menurut hukum elektromagnetik." Penyatuan cahaya dan fenomena listrik ini mengarah pada prediksinya tentang keberadaan gelombang radio.

2.2. Teori Kinetik Gas dan Termodinamika

Maxwell juga menyelidiki teori kinetik gas. Berasal dari Daniel Bernoulli, teori ini dikembangkan melalui karya-karya berturut-turut dari John Herapath, John James Waterston, James Prescott Joule, dan khususnya Rudolf Clausius, hingga akurasi umumnya tidak diragukan lagi; tetapi teori ini menerima pengembangan besar dari Maxwell, yang di bidang ini tampil sebagai eksperimen (tentang hukum gesekan gas) serta ahli matematika.

Antara tahun 1859 dan 1866, ia mengembangkan teori distribusi kecepatan dalam partikel gas, yang kemudian digeneralisasikan oleh Ludwig Boltzmann. Rumus, yang disebut distribusi Maxwell-Boltzmann, memberikan fraksi molekul gas yang bergerak pada kecepatan tertentu pada suhu tertentu. Dalam teori kinetik, suhu dan panas hanya melibatkan gerakan molekul. Pendekatan ini menggeneralisasi hukum termodinamika yang telah ditetapkan sebelumnya dan menjelaskan pengamatan dan eksperimen yang ada dengan cara yang lebih baik daripada yang telah dicapai sebelumnya. Ia juga memprediksi bahwa viskositas gas tidak bergantung pada tekanan gas.

Karyanya tentang termodinamika membawanya untuk merancang percobaan pikiran yang kemudian dikenal sebagai setan Maxwell, di mana hukum kedua termodinamika dilanggar oleh makhluk imajiner yang mampu menyortir partikel berdasarkan energi.

Pada tahun 1871, ia menetapkan relasi termodinamika Maxwell, yang merupakan pernyataan kesetaraan di antara turunan kedua dari potensial termodinamika sehubungan dengan variabel termodinamika yang berbeda. Pada tahun 1874, ia membuat visualisasi termodinamika plester sebagai cara untuk menjelajahi transisi fase, berdasarkan makalah grafis termodinamika ilmuwan Amerika Josiah Willard Gibbs. Peter Guthrie Tait menyebut Maxwell sebagai "ilmuwan molekuler terkemuka" pada masanya. Setelah kematian Maxwell, ada yang mengatakan bahwa "hanya satu orang yang hidup yang bisa memahami makalah Gibbs. Itu adalah Maxwell, dan sekarang ia sudah meninggal."

2.3. Teori Warna dan Fotografi Warna

Seperti sebagian besar fisikawan pada masa itu, Maxwell memiliki ketertarikan yang kuat pada psikologi. Mengikuti jejak Isaac Newton dan Thomas Young, ia sangat tertarik mempelajari penglihatan warna. Dari tahun 1855 hingga 1872, Maxwell secara berkala menerbitkan serangkaian investigasi mengenai persepsi warna, buta warna, dan teori warna, dan dianugerahi Rumford Medal untuk karyanya "Tentang Teori Penglihatan Warna".

Isaac Newton telah menunjukkan, menggunakan prisma, bahwa cahaya putih, seperti sinar matahari, terdiri dari sejumlah komponen warna spektral yang kemudian dapat digabungkan kembali menjadi cahaya putih. Newton juga menunjukkan bahwa cat oranye yang terbuat dari kuning dan merah bisa terlihat persis seperti cahaya oranye monokromatik, meskipun terdiri dari dua lampu kuning dan merah monokromatik. Maka, muncul paradoks yang membingungkan para fisikawan saat itu: dua cahaya kompleks (terdiri dari lebih dari satu cahaya monokromatik) dapat terlihat serupa tetapi secara fisik berbeda, yang disebut metamerisme. Thomas Young kemudian mengusulkan bahwa paradoks ini dapat dijelaskan dengan warna yang dirasakan melalui sejumlah saluran terbatas di mata, yang ia usulkan berjumlah tiga, yaitu teori warna trikromatik. Maxwell menggunakan aljabar linear yang baru dikembangkan untuk membuktikan teori Young. Setiap cahaya monokromatik yang merangsang tiga reseptor harus dapat distimulasi secara setara oleh satu set tiga lampu monokromatik yang berbeda (faktanya, oleh set tiga lampu berbeda mana pun). Ia mendemonstrasikan hal itu, menciptakan eksperimen pencocokan warna dan kolorimetri.

Maxwell juga tertarik untuk menerapkan teorinya tentang persepsi warna, yaitu dalam fotografi warna. Berasal langsung dari karya psikologisnya tentang persepsi warna: jika jumlah dari setiap tiga cahaya dapat mereproduksi warna apa pun yang dapat dilihat, maka foto berwarna dapat dihasilkan dengan satu set tiga filter berwarna. Dalam makalahnya pada tahun 1855, Maxwell mengusulkan bahwa, jika tiga foto hitam-putih dari sebuah pemandangan diambil melalui filter merah, hijau, dan biru, dan cetakan transparan dari gambar tersebut diproyeksikan ke layar menggunakan tiga proyektor yang dilengkapi dengan filter serupa, ketika ditumpangkan pada layar hasilnya akan dirasakan oleh mata manusia sebagai reproduksi lengkap dari semua warna dalam pemandangan.

Selama kuliah Royal Institution tahun 1861 tentang teori warna, Maxwell mempresentasikan demonstrasi fotografi warna pertama di dunia dengan prinsip analisis dan sintesis tiga warna ini. Thomas Sutton, penemu kamera refleks lensa tunggal, mengambil gambarnya. Ia memotret pita tartan tiga kali, melalui filter merah, hijau, dan biru, juga membuat foto keempat melalui filter kuning, yang menurut Maxwell tidak digunakan dalam demonstrasi. Karena pelat fotografi Sutton tidak peka terhadap warna merah dan hampir tidak peka terhadap warna hijau, hasil percobaan perintis ini jauh dari sempurna. Dalam catatan yang dipublikasikan dari kuliah tersebut disebutkan bahwa "jika gambar merah dan hijau difoto sepenuhnya seperti gambar biru", itu "akan menjadi gambar pita yang benar-benar berwarna. Dengan menemukan bahan fotografi lebih sensitif terhadap sinar yang kurang dibiaskan, representasi warna objek dapat sangat ditingkatkan." Para peneliti pada tahun 1961 menyimpulkan bahwa keberhasilan parsial yang tampaknya tidak mungkin dari paparan filter merah disebabkan oleh sinar ultraviolet, yang sangat dipantulkan oleh beberapa pewarna merah, tidak sepenuhnya diblokir oleh filter merah yang digunakan, dan berada dalam rentang sensitivitas proses kolodion basah yang digunakan Sutton.

Maxwell juga menemukan perbedaan fundamental antara pencampuran pigmen dan pencampuran cahaya, yang merupakan dasar dari konsep pencampuran warna subtraktif dan warna aditif. Dengan melakukan eksperimen pencampuran warna menggunakan cakram berputar dengan segmen berwarna, ia menemukan apa yang kemudian dikenal sebagai segitiga warna Maxwell.

2.4. Teori Kontrol

Maxwell menerbitkan makalah "Tentang Governor" dalam Proceedings of the Royal Society, jilid 16 (1867-1868). Makalah ini dianggap sebagai makalah sentral dari hari-hari awal teori kontrol. Di sini "governor" mengacu pada centrifugal governor yang digunakan untuk mengatur mesin uap.

Ia secara matematis menggambarkan perilaku governor, perangkat yang mengontrol kecepatan mesin uap, sehingga menetapkan dasar teoritis rekayasa kontrol. Karyanya ini juga menjadi analisis matematis paling awal tentang sistem kontrol.

5.1. Penilaian dan Pengaruh Akademis

Dalam survei 100 fisikawan paling terkemuka yang dilakukan oleh Physics World, Maxwell terpilih sebagai fisikawan terbesar ketiga sepanjang masa, hanya di belakang Newton dan Einstein. Survei lain terhadap fisikawan umum oleh PhysicsWeb juga menempatkannya di posisi ketiga.

Maxwell telah dianggap sebagai ilmuwan abad ke-19 yang memiliki pengaruh terbesar pada fisika abad ke-20. Kontribusinya terhadap sains dianggap sama besarnya dengan kontribusi Isaac Newton dan Albert Einstein. Pada peringatan seratus tahun kelahiran Maxwell, karyanya digambarkan oleh Einstein sebagai
: "yang paling mendalam dan paling berbuah yang pernah dialami fisika sejak zaman Newton."
Ketika Einstein mengunjungi Universitas Cambridge pada tahun 1922, ia diberitahu oleh tuan rumahnya bahwa ia telah melakukan hal-hal besar karena ia berdiri di atas bahu Newton; Einstein menjawab:
: "Tidak, saya tidak. Saya berdiri di atas bahu Maxwell."
Tom Siegfried menggambarkan Maxwell sebagai "salah satu jenius sekali seabad yang melihat dunia fisik dengan indera yang lebih tajam daripada orang-orang di sekitarnya."

Penemuannya membantu mengantar era fisika modern, meletakkan dasar bagi bidang-bidang seperti teori relativitas (ia juga yang memperkenalkan istilah tersebut dalam fisika), dan mekanika kuantum. Ia juga dianggap sebagai pendiri bidang teknik elektro modern. Peter Guthrie Tait menyebut Maxwell sebagai "ilmuwan molekuler terkemuka" pada masanya. Setelah kematian Maxwell, seseorang menambahkan bahwa "hanya satu orang yang hidup yang dapat memahami makalah Gibbs. Itu adalah Maxwell, dan sekarang ia sudah meninggal."

Pengaruh Maxwell juga meluas ke murid-muridnya di Laboratorium Cavendish. Banyak dari mereka, seperti Richard Glazebrook, William Napier Shaw, dan James Butcher, kemudian menjadi ilmuwan terkemuka di bidangnya masing-masing.

5.2. Peringatan dan Penghormatan

James Clerk Maxwell telah diabadikan dalam berbagai cara untuk menghormati kontribusinya yang luar biasa bagi ilmu pengetahuan:

• Unit maxwell (Mx), sebuah unit turunan dalam sistem CGS yang mengukur fluks magnetik, dinamai menurut namanya.
• Penghargaan Maxwell IEEE.
• Maxwell Montes, sebuah pegunungan di Planet Venus.
• Celah Maxwell di cincin Saturnus.
• Teleskop James Clerk Maxwell, sebuah teleskop panjang gelombang sub-milimeter berdiameter 15 m.
• Gedung James Clerk Maxwell di Universitas Edinburgh, tempat departemen matematika, fisika, dan meteorologi berada.
• Gedung James Clerk Maxwell di King's College London, sebuah jabatan di fakultas fisika, dan perkumpulan mahasiswa fisika di universitas ini dinamai menurut namanya.
• Pusat Ilmu Pengetahuan James Clerk Maxwell di Edinburgh Academy.
• Pusat Maxwell di Universitas Cambridge, yang didedikasikan untuk kolaborasi antara bisnis dan ilmuwan di bidang teknologi dan ilmu fisika.
• Sebuah patung yang didirikan di George Street, Edinburgh, oleh Alexander Stoddart, diresmikan pada tahun 2008.
• Produsen GPU Nvidia menamai arsitektur lini chip pemroses grafis GeForce 900-nya dengan nama Maxwell.
• Perangkat lunak ANSYS untuk analisis elektromagnetik dinamai Maxwell.
• Tempat kelahirannya di 14 India Street, Edinburgh, kini berfungsi sebagai museum yang dioperasikan oleh Yayasan James Clerk Maxwell.
• Glenlair House, properti pedesaan yang ia warisi, juga memiliki signifikansi historis sebagai tempat ia melakukan banyak penelitiannya.