Was ist elektromagnetische Theorie?
Einsteins Relativitätstheorie beschreibt den Magnetismus als Nebenprodukt der elektrischen Kraft. Daher können diese beiden Kräfte als unterschiedliche Facetten einer grundlegenderen Kraft betrachtet werden, die die Physiker Elektromagnetismus nennen. Die elektromagnetische Theorie beschreibt eine Sammlung miteinander verbundener wissenschaftlicher Behauptungen, mit denen Fragen zu dieser Kraft beantwortet werden.
Physiker verwenden Felder als Abstraktionen, um zu beschreiben, wie ein System seine Umgebung beeinflusst. Das elektrische Feld eines geladenen Objekts repräsentiert die Kraft, die es auf ein geladenes Teilchen ausüben würde. Das Feld ist näher am Objekt stärker, da die elektrostatische Kraft abnimmt, wenn der Abstand zwischen zwei Ladungen zunimmt. Magnetfelder sind ähnlich definiert, mit der Ausnahme, dass sie die Kraft beschreiben, die auf ein sich bewegendes geladenes Teilchen ausgeübt wird.
Die grundlegendsten Ideen in der elektromagnetischen Theorie sind „ein sich änderndes elektrisches Feld erzeugt ein magnetisches Feld“ und „ein sich änderndes magnetisches Feld erzeugt ein magnetisches Feld“. Diese Prinzipien werden durch Maxwells Gleichungen quantifiziert, die nach dem schottischen Physiker und Mathematiker James Clerk Maxwell benannt sind Die Arbeit im 19. Jahrhundert begründete die Disziplin, indem sie die Art und Weise revolutionierte, wie Physiker das Licht verstanden. Maxwells Gleichungen werfen auch bereits bekannte Zusammenhänge - Coulombs Gesetz und das Biot-Savart-Gesetz - in die Sprache der Felder.
Ein geladenes Teilchen erzeugt bei seiner Bewegung ein Magnetfeld, das jedoch senkrecht zur Bewegung des Teilchens verläuft. Darüber hinaus ist die Wirkung dieses Magnetfelds auf eine zweite sich bewegende Ladung sowohl senkrecht zum Feld als auch zur Bewegung der zweiten Ladung. Diese beiden Tatsachen führen dazu, dass selbst grundlegende Probleme im Elektromagnetismus eine komplexe dreidimensionale Argumentation erfordern. Historisch gesehen verdankt die Entwicklung von Vektoren in Mathematik und Naturwissenschaften einen großen Teil ihres Fortschritts der Arbeit von Physikern, die versuchen, die Anwendung der elektromagnetischen Theorie zu abstrahieren und zu vereinfachen.
Im 19. Jahrhundert veränderte die elektromagnetische Theorie das Verständnis der Physiker von Licht. Newton hatte Licht als Teilchen beschrieben, die als Teilchen bezeichnet wurden, aber Maxwell behauptete, es sei die Manifestation elektrischer und magnetischer Felder, die sich gegenseitig durch den Raum drängten. Nach dieser Auffassung sind sichtbares Licht, Röntgenstrahlen, Radar und viele andere Phänomene inhärent ähnlich, wobei jedes eine Kombination aus elektrischen und magnetischen Feldern darstellt, die mit einer unterschiedlichen Frequenz variieren. Wissenschaftler nennen das Kontinuum all dieser Wellen das elektromagnetische Spektrum.
Der Erfolg der elektromagnetischen Theorie führte im 20. Jahrhundert zum Zusammenbruch der übrigen Newtonschen Physik. Einstein erkannte, dass Maxwells Theorie Raum und Zeit benötigte, um verschiedene Koordinaten einer vierdimensionalen Raumzeit voneinander abhängig zu machen. Darüber hinaus zeigte Einsteins Relativitätstheorie, dass der Raum gekrümmt war und der von einem Beobachter gemessene Zeitverlauf sich von dem von einem anderen Beobachter gemessenen unterschied. Diese Entdeckungen waren alle mit Newtons Bewegungstheorie völlig unvereinbar. So hat das Studium des Elektromagnetismus direkt oder indirekt das Verständnis der Physiker für Elektrizität, Magnetismus, Licht, Raum, Zeit und Schwerkraft verändert.