Kas ir elektromagnētiskā teorija?

Fiziķi izmanto laukus kā abstrakcijas, lai aprakstītu, kā sistēma ietekmē savu apkārtni. Uzlādēta objekta elektriskais lauks atspoguļo spēku, ko tas iedarbotu uz lādētu daļiņu. Lauks ir spēcīgāks tuvāk objektam, jo ​​elektrostatiskais spēks samazinās, palielinoties attālumam starp diviem lādiņiem. Magnētiskie lauki ir definēti līdzīgi, izņemot tos, ka tie apraksta spēku, kas iedarbojas uz kustīgu lādētu daļiņu.

Visvienkāršākās idejas elektromagnētiskajā teorijā ir “mainīgs elektriskais lauks rada magnētisko lauku” un “mainīgs magnētiskais lauks rada elektrisko lauku”. Šos principus kvantitatīvi nosaka Maksvela vienādojumi, kas nosaukti Džeimsa Klerka Maksvela, skotu fiziķa un matemātiķa, vārdā, kura darbs 19. gadsimtā noteica šo disciplīnu, mainot fiziķu gaismas uztveri. Maksvela vienādojumi arī ievada iepriekš zināmās attiecības – Kulona likumu un Biota-Savarta likumu – lauku valodā.

Uzlādēta daļiņa kustoties rada magnētisko lauku, bet magnētiskais lauks ir perpendikulārs daļiņas kustībai. Turklāt šī magnētiskā lauka ietekme uz otru kustīgo lādiņu ir perpendikulāra gan laukam, gan otrā lādiņa kustībai. Šie divi fakti izraisa pat pamata problēmas elektromagnētismā, kas prasa sarežģītu, trīsdimensiju spriešanu. Vēsturiski vektoru attīstība matemātikā un zinātnē lielā mērā ir saistīta ar fiziķu darbu, kas cenšas abstrahēt un vienkāršot elektromagnētiskās teorijas izmantošanu.

19. gadsimtā elektromagnētiskā teorija mainīja to, kā fiziķi saprata gaismu. Ņūtons bija aprakstījis gaismu kā daļiņas, ko sauc par asinsķermenīšiem, bet Maksvels apgalvoja, ka tā ir elektrisko un magnētisko lauku izpausme, kas viens otru virza cauri telpai. Saskaņā ar šo koncepciju redzamā gaisma, rentgenstari, radars un daudzas citas parādības pēc būtības ir līdzīgas, un katra no tām ir elektrisko un magnētisko lauku kombinācija, kas mainās dažādās frekvencēs. Zinātnieki visu šādu viļņu kontinuumu sauc par elektromagnētisko spektru.

Elektromagnētiskās teorijas panākumi noveda pie pārējās Ņūtona fizikas sabrukuma 20. gadsimtā. Einšteins saprata, ka Maksvela teorijai ir nepieciešama telpa un laiks, lai būtu savstarpēji atkarīgas, dažādas četrdimensiju telpas-laika koordinātas. Turklāt Einšteina relativitātes teorija parādīja, ka telpa ir izliekta un viena novērotāja mērītā laika gaita atšķiras no cita novērotāja mērītā. Visi šie atklājumi bija pilnībā nesavienojami ar Ņūtona kustības teoriju. Tādējādi elektromagnētisma izpēte tieši vai netieši ir mainījusi to, kā fiziķi saprot elektrību, magnētismu, gaismu, telpu, laiku un gravitāciju.