Was ist elektromagnetische Physik?
Die elektromagnetische Physik versucht, sowohl die Wechselwirkung elektrisch geladener Teilchen als auch magnetische Phänomene zu erklären. Während ursprünglich angenommen wurde, dass sie getrennt sind, wurde gezeigt, dass elektrische und magnetische Felder zusammenhängen. Mit Ausnahme der Schwerkraft beeinflusst die elektromagnetische Kraft nahezu alle natürlichen Wechselwirkungen, die mit bloßem Auge beobachtet werden können. Ob sich die elektromagnetische Physik grundlegend auf andere Gebiete der Physik bezieht, ist ein Thema der laufenden Forschung.
Der britische Physiker James Clerk Maxwell zeigte 1873, dass Elektrizität und Magnetismus zusammenhängen. Er zeigte nicht nur, wie geladene Teilchen miteinander interagieren, sondern auch, wie sich bewegende Ladungen Magnetfelder erzeugen. Seine Hypothesen wurden seitdem durch Experimente weitgehend bestätigt. Seitdem wurde die elektromagnetische Physik als eine einzige Theorie betrachtet. es ist in einem Satz von vier Gesetzen enthalten, die als Maxwell-Gleichungen bekannt sind.
Es gibt vier fundamentale Kräfte in der Natur - die elektromagnetischen, gravitativen, starken und schwachen nuklearen Kräfte. Jeder gilt für alle Entfernungen im Raum, aber wie alle Bereiche der Wissenschaft hat die elektromagnetische Kraft einen Bereich, in dem sie dominiert. Auf sehr großen Skalen wie Sternen und Galaxien dominiert die Schwerkraft. Elektromagnetische Wechselwirkungen treten immer noch auf, werden jedoch von der Gravitationskraft überwältigt. In gewisser Weise ist die elektromagnetische Physik "übertönt".
In extrem kleinen Maßstäben, beispielsweise im Kern eines einzelnen Atoms, dominiert die starke Kernkraft. Es ist die Kraft, die dafür verantwortlich ist, dass die Protonen im Kern bleiben, obwohl sie durch die elektromagnetische Kraft auseinander gedrückt werden. Dies hinterlässt eine Zwischenskala, die weitgehend von der elektromagnetischen Physik dominiert wird.
Obwohl die elektromagnetische Kraft mit jedem geladenen Teilchen einzeln wechselwirkt, ist sie gemeinsam für größere Wechselwirkungen verantwortlich. Wenn sich die Elektronen eines Atoms mit den Elektronen eines anderen vermischen, kann sich ein Molekül bilden. Moleküle können stabiler sein als einige einzelne Atome. Darüber hinaus können Moleküle in einem von der elektromagnetischen Physik grundlegend bestimmten Prozess miteinander interagieren. Diese molekularen Austausche sind die Grundlage der Chemie.
Jüngste Entwicklungen in der Physik legen nahe, dass die elektromagnetische Kraft mit den anderen fundamentalen Kräften in Beziehung steht. Die schwache Kernkraft, die für den radioaktiven Zerfall verantwortlich ist, scheint sich von der elektromagnetischen Kraft unter alltäglichen Umständen sehr zu unterscheiden. Bei extrem hohen Temperaturen scheinen sich jedoch die beiden unterschiedlichen Kräfte in der sogenannten elektroschwachen Kraft zu vereinigen. Darüber hinaus scheinen sich die elektromagnetischen Kräfte und die Gravitationskräfte im Raum in gleicher Weise zu verändern. Die Möglichkeit, dass alle fundamentalen Kräfte miteinander verwandt sind, die der britische Physiker Stephen Hawking und andere bekannt gemacht haben, nennt man die Theorie von Allem.