Результаты исследования Максвелла были опубликованы в 1855 году в журнале Эдинбургского королевского общества под названием «Эксперименты с цветом, восприятие глаза». Сегодня мы ежедневно сталкиваемся с тремя первичными цветами, когда включаем телевизор.
Конкретный цвет может быть определен в этом треугольнике по расстоянию от каждой из его сторон, как поясняется в тексте. Геометрический центр треугольника соответствует белому.
В письме Форбсу в ноябре 1857 года Максвелл объяснял:
«Раскрашенные листы бумаги и волчки, хотя и довольно точны в большинстве спектральных экспериментов, не предоставляют никаких абсолютных фактов по определению цветов».
Причину этого он изложил еще в статье 1855 года:
«Цвета на дисках никоим образом не воспроизводят первичных цветов, они просто представляют различные типы красок».
Следовательно, уравнения, которые нашел Максвелл, описывали всего лишь отношения «между цветами определенных пигментов».
Схема «цветовой коробки», сконструированной Максвеллом, где лучи света показаны пунктирной линией.
По этой причине еще в 1852 году он сконструировал (следуя фон Гельмгольцу) собственную «цветовую коробку» с рядом призм и щелей для экспериментов со светом (см. рисунок ниже). На тот момент наибольшая сложность была в качественной шлифовке оптики коробки. В 1855 году Максвелл сконструировал коробку, в которой мог наблюдать смешения двух чистых цветов, и на ее основе в следующем году — другую, портативную, «чтобы показывать явление, хотя и в грубом виде, другим людям».
С помощью своей идеально откалиброванной коробки и идей Грассмана, Юнга и Ньютона в качестве теоретической основы, Максвелл смог нарисовать кривые распределения светимости каждого стандартного цвета в зависимости от длины его волны, представив механизм физиологической реакции глаза. Его интересовал принцип работы глаза, животного или человеческого. Но у него не было приборов для таких исследований, так что ему пришлось сконструировать офтальмоскоп, изобретенный фон Гельмгольцем за год до этого, о чем Джеймс не имел ни малейшего понятия. Максвелл провел много времени, изучая с помощью офтальмоскопа глаза людей и собак. Чтобы убедить людей согласиться на исследование, он позволял им сначала посмотреть внутрь его собственных глаз.
Женитьба Максвелла в 1858 году придала ему сил, и он смог доказать, что при смешении любого цвета спектра от красного до зеленого с небольшой частью синего получается определенное смешение красного и зеленого. Точно так же любой цвет, полученный в результате смешения цвета от зеленого до фиолетового с небольшим количеством красного, можно получить смешением зеленого и фиолетового. Таким образом, он смог заменить хроматический круг Ньютона кривой, основанной на его треугольнике. Очевидно, форма данной кривой зависит от глаза наблюдателя, но Максвелл открыл, что большинство людей воспринимают цвета почти одинаково. Отдельный случай представляют собой люди с дисхроматопсией (нарушением цветового зрения): если они не видят красный, то для них практически все цвета сводятся к смешению зеленого и фиолетового. В 1860 году Джеймс опубликовал последнюю большую работу по теории цвета, в которую включил все свои заключения: «О теории составных цветов».
Работа Максвелла по теории цвета ввела в обиход исключительно точные измерения и математические уравнения, что очень понравилось научному «истеблишменту» Кембриджского университета, особенно Стоксу, который занимал престижную Лукасовскую кафедру по математике (ее когда-то возглавлял сам Исаак Ньютон), и ректору Тринити, Уэвеллу. В июне 1859 года его номинировали на медаль Королевского общества «за математическую теорию разложения цветов, проверяемую количественными экспериментами», что означало публичное признание создания математической теории, основанной на количественных изменениях. Впрочем, эту медаль Максвелл не получил. Зато в следующем году он был удостоен медали Румфорда (специально созданной для поощрения исследований в области оптических и тепловых явлений). Как раз в том году он отправил свою статью не в журнал Эдинбургского королевского общества, где опубликовал два предыдущих исследования, а в журнал Лондонского королевского общества, по просьбе самого Стокса, секретаря общества. Таким образом, работа в области цвета превратила Максвелла в значимую фигуру в мире британской науки. Он стал известен в научных кругах как физик-экспериментатор из Эдинбурга, который одновременно был прекрасным математиком из Кембриджа.
ВОЗВРАЩЕНИЕ В ШОТЛАНДИЮ
Пока в лаборатории Максвелла кипела бурная деятельность, в мире за ее пределами жизнь продолжала идти своим чередом.
На рождественских каникулах 1854 года отец ученого подхватил серьезную легочную инфекцию, и Джеймс временно оставил работу, чтобы ухаживать за ним. Он не мог вернуться в Кембридж до последнего триместра курса. В письме отцу он выражал радость, поскольку Уильям Томсон «начинает верить в теорию, что все цвета можно получить из трех основных», и в то же время жаловался на то, что в Кембридже он чувствует себя одиноко.
Сложно поддерживать интерес к интеллектуальным темам, когда друзей в интеллектуальном мире становится все меньше.
Из письма Максвелла к отцу, в котором он рассказывает о пребывании в Кембридже
Максвелл успешно сдал экзамен на звание фелло в Тринити и был официально назначен им 10 октября 1855 года. Он сразу же попросил разрешения вести занятия по гидростатике и оптике в колледже студентам третьего курса, в то же время отказавшись быть чьим-либо наставником: он хотел посвятить все свое время занятиям, ученикам и исследованиям. В феврале 1856 года он получил письмо от своего наставника и друга Форбса, в котором тот сообщал ему о вакантной должности преподавателя натуральной философии в Маришал колледже в Абердине, на севере Шотландии, и предлагал ему откликнуться на нее. Джеймс решил, что подаст заявку, если это одобрит его отец. «Думаю, — писал он, — чем раньше я получу постоянную работу, тем будет лучше, и самый легкий способ добиться этого — подать заявку на должность преподавателя».
Отец был воодушевлен этой возможностью и начал ходить по инстанциям в Эдинбурге, стремясь поддержать сына. Когда Джеймс вернулся в Шотландию в середине марта, все уже было готово. Оба приехали в Гленлэр, проведя несколько дней в Эдинбурге, когда 2 апреля Максвелл-старший внезапно скончался:
«Мой отец внезапно умер ровно в 12 часов. Он раздавал распоряжения в саду, после чего сказал, что ненадолго присядет отдохнуть, как обычно. Через несколько минут я сказал ему, чтобы он прилег на диван, но он не обратил на меня внимания; тогда я принес ему немного эфира, поскольку знал, что он ему помогает. Еще до того как он смог выпить его, он слегка вздрогнул, и все кончилось».
