Co je elektromagnetická teorie?

Einsteinova teorie speciální relativity popisuje magnetismus jako vedlejší produkt elektrické síly. Proto mohou být tyto dvě síly považovány za různé aspekty fundamentálnější síly, kterou fyzici nazývají elektromagnetismus. Elektromagnetická teorie popisuje soubor vzájemně propojených vědeckých tvrzení používaných k zodpovězení otázek o této síle.

Fyzici používají pole jako abstrakce k popisu toho, jak systém ovlivňuje jeho okolí. Elektrické pole nabitého objektu představuje sílu, kterou by vyvíjelo na nabitou částici. Pole je silnější blíže k objektu, protože se zvyšuje vzdálenost mezi dvěma náboji, čímž se snižuje elektrostatická síla. Magnetická pole jsou podobně definována, kromě toho, že popisují sílu vyvíjenou na pohybující se nabitou částici.

Nejzákladnějšími myšlenkami v elektromagnetické teorii jsou „měnící se elektrické pole vytváří magnetické pole“ a „měnící se magnetické pole vytváří magnetické pole.“ Tyto principy jsou kvantifikovány Maxwellovými rovnicemi, pojmenovanými pro James Clerk Maxwell, skotský fyzik a matematik, jehož skotský fyzik a matematik práce v 19. století zavedla disciplínu revolucí v tom, jak fyzici chápali světlo. Maxwellovy rovnice také vrhají do jazyka polí dříve známé vztahy - Coulombův zákon a Biot-Savartův zákon.

Nabitá částice generuje při pohybu magnetické pole, ale magnetické pole je kolmé k pohybu částice. Kromě toho je účinek tohoto magnetického pole na druhý pohybující se náboj kolmý jak k poli, tak k pohybu druhého náboje. Tato dvě fakta způsobují, že i základní problémy v elektromagnetismu vyžadují komplexní, trojrozměrné uvažování. Historicky vývoj vektorů v matematice a přírodních vědách vděčí za hodně svého pokroku práci fyziků, kteří se pokoušejí abstraktní a zjednodušit použití elektromagnetické teorie.

V 19. století změnila elektromagnetická teorie, jak fyzikové chápali světlo. Newton popsal světlo z hlediska částic zvaných mrtvoly, ale Maxwell tvrdil, že to byl projev elektrických a magnetických polí, které se navzájem tlačily vesmírem. Podle této koncepce jsou viditelné světlo, rentgenové paprsky, radar a mnoho dalších jevů ve své podstatě podobné, z nichž každá je kombinací elektrických a magnetických polí měnících se na jiné frekvenci. Vědci nazývají kontinuum všech takových vln elektromagnetickým spektrem.

Úspěch elektromagnetické teorie vedl ke zhroucení zbytku newtonovské fyziky ve 20. století. Einstein si uvědomil, že Maxwellova teorie vyžaduje prostor a čas na vzájemně závislé, různé souřadnice čtyřrozměrného časoprostoru. Einsteinova teorie relativity navíc ukázala, že prostor byl zakřivený a čas měřený jedním pozorovatelem se lišil od času měřeného jiným. Všechny tyto objevy byly zcela nekompatibilní s Newtonovou teorií pohybu. Studium elektromagnetismu tedy přímo nebo nepřímo změnilo, jak fyzikové chápou elektřinu, magnetismus, světlo, prostor, čas a gravitaci.