Is our algebra the measure
of that unexhausted treasure
that affords the purest pleasure
ever found when it is sought?
Questi versi, tratti da una poesia intitolata A Vision of a Wrangler, of a University, of Pedantry, and Philosophy, sono firmati dp/dt e ci mostrano un lato poco conosciuto ma molto significato di uno dei più grandi scienziati dell'epoca moderna. Se analizziamo questo rapporto differenziale alla luce della formulazione di Tait della seconda legge della termodinamica otteniamo dp/dt=JCM ovvero l'acronimo di James Clerk Maxwell. Con i suoi studi Maxwell ha rivoluzionato la nostra comprensione del mondo e ha aperto alla scienza un inesauribile tesoro (unexhausted treasure) come recitano i versi appena citati.
Conosciamo tutti Maxwell come un grande scienziato ma la sua sensibilità poetica è un segno di un’anima nobile e dai grandi ideali. Di lui Albert Einstein ha detto: “Il lavoro di Maxwell ha cambiato il mondo per sempre.” E su Science del 24 maggio 1940 lo stesso Einstein parlando della formulazione delle famose equazioni differenziali del fisico scozzese scrisse: “Pochi uomini al mondo hanno avuto la ventura di provare un'esperienza del genere. Ai fisici occorsero però alcuni decenni per cogliere appieno il significato della scoperta di Maxwell, tanto ardito era il salto che il suo genio imponeva alla concezione dei suoi colleghi.”
James Clerk Maxwell nacque il 13 giugno 1831 ad Edimburgo al numero 14 di India Street da John Clerk Maxwell e Francis Cay, appartenenti ad una famiglia della piccola nobiltà terriera. Il piccolo Maxwell trascorse la sua infanzia nella bella tenuta di suo padre a Glenlair nel Kirkcudbrightshire, nel sud ovest della Scozia. Come riferiscono i suoi biografi Campbell e Garnett, la madre si occupò interamente della sua formazione e lo incoraggiava “a guardare attraverso la natura al Dio della Natura”.
La sua conoscenza della Scrittura era estesa e dettagliata; riusciva a ricordare il capitolo e il verso di quasi ogni citazione dal libro dei Salmi. In questo periodo si appassionò anche alla poesia di Milton. Come ha scritto in maniera acuta Thomas H. Torrance: “Nei suoi anni a Glenlair, quando il suo apprezzamento della natura e la sua adorazione di Dio stavano spontaneamente insieme, egli sviluppò un modo di pensare in cui il pratico e il teorico erano inseparabilmente legati”. Capì che “sotto il governo di Dio, la mente umana e il mondo che egli ha creato erano correlati in modo fondamentale l'uno con l'altra”.
Ben presto il giovane Maxwell fu inserito nella vita scientifica e culturale di Edimburgo, che si svolgeva principalmente nella locale Accademia. Lì ebbe l'occasione di pubblicarvi le sue prime ricerche e di incontrare coloro che sarebbero poi divenuti suoi amici per tutta la vita, come lo studioso di Platone L. Campbell e il fisico P.G. Tait. A sedici anni entrò nell'università di Edimburgo, sotto la guida del fisico J.D. Forbes e del matematico-filosofo kantiano Sir W. Hamilton. Dopo la laurea, si iscrisse alla prestigiosa università di Cambridge per conseguirvi il dottorato. A Cambridge ebbe come tutore W. Hopkins, un rigoroso ed esigente insegnante di matematica, e seguì le lezioni del fisico matematico G.G. Stokes e di W. Whewell, un’interessante figura di scienziato filosofo, alle cui idee si rifaceva gran parte della filosofia scientifica dell'Inghilterra del tempo.
Ottenuto nel 1854 il dottorato, nel 1855 divenne fellow del Trinity College. Dal 1856 insegnò Filosofia Naturale al Marischal College di Aberdeen. Una ricerca sulla stabilità degli anelli di Saturno (1859), che gli valse l'assegnazione del premio Adams, lo potò alla ribalta come uno dei maggiori fisici matematici del suo tempo. Dal 1860, per cinque anni, fu professore di Astronomia e Filosofia naturale al King's College di Londra. Dopo un periodo di vita privata lontano dall'insegnamento, nel 1871 diventò titolare della cattedra di Fisica sperimentale all'Università di Cambridge. A questa cattedra era associata la direzione del prestigioso Cavendish Laboratory, che diventerà celebre in seguito con le ricerche sull'elettrone di J.J. Thomson e a quelle di W. Rutherford sul nucleo atomico. Maxwell si dedicò con grande impegno sia all'insegnamento che alla realizzazione di nuovi metodi di misure elettromagnetiche, nell'intento di specializzare il laboratorio in misure di alta precisione.
Al periodo di Cambridge, che trascorse in contatto con illustri scienziati, fra i quali M. Faraday, ai cui lavori si era interessato già prima del 1849 (abbiamo testimonianze del 1857 della corrispondenza tra di loro), appartengono le sue pubblicazioni principali: sulla teoria dei colori, sulla teoria cinetica dei gas, sulla termodinamica e sulla teoria dinamica del campo elettromagnetico.
Intorno al 1865, Maxwell elaborò una delle sue opere più importanti, A Treatise on Electricity and Magnetism (pubblicato nel 1873), che era al contempo una “summa” di tutte le teorie elettriche e magnetiche del tempo nonché l'esposizione, in forma più matura, della sua nuova teoria del campo elettromagnetico, su cui aveva già cominciato a lavorare dal 1855. In quest'opera Maxwell formula le sue famose equazioni differenziali che sono una sintesi mirabile e un sistema potentissimo nello studio dei fenomeni elettromagnetici. Una verifica più diretta della sua teoria sarà opera di H. Hertz (1887).
Fra gli altri contributi di Maxwell, confrontabili per la loro importanza alla teoria elettromagnetica, spicca la sua originale formulazione di una teoria cinetica dei gas, principalmente in due saggi del 1860 e del 1867. Egli introdusse metodi statistici nel calcolo della distribuzione delle velocità delle molecole i cui urti interni e sulle pareti del recipiente erano stati considerati da R. Clausius la causa della pressione e degli altri fenomeni dei gas. La teoria di Maxwell aveva previsto che l'attrito interno del gas avrebbe dovuto essere indipendente dalla pressione e, per quanto ciò potesse sembrare contrario al senso comune, il risultato fu verificato in esperimenti da lui stesso eseguiti. Questi suoi contributi alla teoria cinetica aprirono il campo agli sviluppi della meccanica statistica, una componente fondamentale della fisica moderna
Negli ultimi anni della sua attività Maxwell svolse prevalentemente attività divulgativa; curò in particolare la laboriosa pubblicazione delle Electrical Researches di H. Cavendish, del quale volle pazientemente ripetere tutti gli esperimenti per poter meglio ricostruire il pensiero dell'autore.
Come sottolineato da tutti i suoi maggiori biografi, la vita di James Clerk Maxwell fu sempre animata da una profonda fede cristiana. Di formazione episcopaliana, aderì alla confessione evangelica. Una delle testimonianze più chiare del suo atteggiamento da credente nello studio della natura è una preghiera trovata tra i suoi lavori, nella quale leggiamo: “O Dio Onnipotente, che hai creato l'uomo a tua propria immagine, e ne hai fatto un'anima vivente perché egli potesse cercarti e avere potere sulle tue creature, insegnaci a studiare l'opera delle tue mani in modo che possiamo sottomettere la terra a nostro uso e rafforzare la nostra ragione al tuo servizio; e ricevere la tua Parola benedetta, così da aver fede in Colui che hai mandato a darci conoscenza della salvezza e della remissione dei nostri peccati. Te lo chiediamo nel nome di quello stesso Gesù Cristo nostro Signore”.
Sempre dai suoi biografi sappiamo che amava leggere i Padri della Chiesa e le opere teologiche classiche. La fede cristiana fu per Maxwell non soltanto l’espressione del suo personale cammino interiore, ma anche una “fonte di ispirazione” per la sua ricerca scientifica. Thomas H. Torrance ha analizzato a fondo il rapporto tra le convinzioni religiose di Maxwell, apprese come abbiamo visto fin dall’infanzia, e il suo modo di fare scienza. Secondo Torrance, la fede cristiana di Clerk Maxwell esercitava una sorta di “funzione regolatrice” nella scelta e nella formazione dei suoi principali concetti scientifici. Non è che egli facesse entrare idee teologiche specificamente o direttamente nelle sue teorie scientifiche, ma la modalità essenziale del suo pensiero, formata attraverso un'apprensione intuitiva della relazione di Dio con la sua creazione, gli forniva un “punto fiduciale o standard di riferimento” per un giudizio discriminativi sulle prospettive da adottare. Poiché il cristianesimo sostiene che nulla deve restare nascosto e nessun luogo deve essere immune da scrutinio, il suo impegno cristiano lo portò a darsi come regola quella di “non lasciare nulla di volontariamente inesplorato. Nulla deve essere lasciato terreno sacro consacrato a una fede statica positiva o negativa che sia. Ora, io sono convinto che nessuno che non sia cristiano possa effettivamente liberare il terreno da questi punti sacri” (Campbell and Garnett,1882, p. 178). La teologia cristiana e la filosofia realista di Maxwell sembrano essersi combinate fra loro per divenire parte integrante delle sue idee fondamentali, fra le quali ricopre un posto importante il principio della natura contingente dell'universo.
Nell'Aprile del 1879, come riferisce in un suo scritto il Dr. Paget (una delle persone che gli fu accanto negli ultimi periodi della sua vita), cominciò ad avvertire una certa di difficoltà nel deglutire, preludio di una malattia tumorale che lo condurrà poi alla morte. Durante la sua malattia, non potendo dedicare energie agli studi scientifici, si occupava di altri molteplici interessi come ad esempio la poesia. Si narra che discutesse perché Shakespeare nel Mercante di Venezia avesse messo in bocca al frivolo Lorenzo una profonda intuizione come l'armonia che c'è nelle anime mortali.
Il sabato prima di morire ricevette il sacramento dell’eucaristia dal Dr. Guillemard; mentre il Dr. Guillemard si rivestiva con la cotta, Maxwell recitò una poesia sui paramenti sacerdotali di George Herbert intitolata Aaron.
So holy in my head,
Perfect and light in my dear breast,
My doctrine tuned by Christ (who is not dead,
but lives in one while I do rest),
Come, People: Aaron drest.
Morì a soli 48 anni lasciando alla storia dell'Umanità un patrimonio immenso di conoscenza ed un esempio morale altissimo. Maxwell seppe vivere un’armonia tra le sue convinzioni religiose e la sua ricerca scientifica, trovando in entrambe una strada per conoscere il Creatore.
Bibliografia:
L. CAMPBELL, W. GARNETT, The Life of J.C. Maxwell and a Selection from his Correspondence and Occasional Writing and a Sketch of his Contributions to Science, London 1882
THOMAS F. TORRANCE, Maxwell, James Clerk, in “Dizionario Interdisciplinare di Scienza e Fede”, a cura di G. Tanzella-Nitti e A. Strumia, Urbaniana University Press - Città Nuova, Roma 2002, pp. 1952-1966.
P. THEERMAN, James Clerk Maxwell and Religion, in “American Journal of Physics”, 54 (4), April 1986, pp. 312–317
J.C. MAXWELL, Paradoxical Philosophy. A book review, in «Nature» vol. XIX, 1878