Wat is elektromagnetische fysica?
Elektromagnetische fysica probeert zowel de interactie van elektrisch geladen deeltjes als magnetische fenomenen te verklaren. Hoewel oorspronkelijk werd gedacht dat ze gescheiden waren, is aangetoond dat elektrische en magnetische velden gerelateerd zijn. Behalve gravitatie-effecten, regelt de elektromagnetische kracht bijna alle natuurlijke interacties die met het blote oog waarneembaar zijn. Of elektromagnetische fysica fundamenteel gerelateerd is aan andere gebieden van de fysica is een onderwerp van voortdurend onderzoek.
De Britse natuurkundige James Clerk Maxwell liet in 1873 zien dat elektriciteit en magnetisme met elkaar verbonden waren. Hij demonstreerde niet alleen hoe geladen deeltjes op elkaar reageren, maar ook hoe bewegende ladingen magnetische velden creëren. Zijn hypothesen zijn sindsdien uitgebreid bevestigd door experimenten. Sindsdien wordt elektromagnetische fysica beschouwd als een enkele theorie; het is belichaamd in een set van vier wetten die bekend staan als de vergelijkingen van Maxwell.
Er zijn vier fundamentele krachten in de natuur - de elektromagnetische, zwaartekracht, sterke nucleaire en zwakke nucleaire krachten. Elk is van toepassing op alle afstanden in de ruimte, maar zoals alle wetenschapsgebieden heeft de elektromagnetische kracht een bereik waarin ze domineert. Op zeer grote schalen, zoals bij sterren en sterrenstelsels, domineert de zwaartekracht. Elektromagnetische interacties komen nog steeds voor, maar ze worden overweldigd door de zwaartekracht; in zekere zin wordt elektromagnetische fysica 'overstemd'.
Op extreem kleine schaal, zoals in de kern van een enkel atoom, domineert de sterke kernkracht. Het is de kracht die verantwoordelijk is voor het binnen de kern houden van protonen, ook al neigt de elektromagnetische kracht ze uit elkaar te duwen. Dit laat een tussenliggende schaal achter die grotendeels wordt gedomineerd door elektromagnetische fysica.
Hoewel de elektromagnetische kracht een interactie aangaat met elk afzonderlijk geladen deeltje, is het collectief verantwoordelijk voor grotere interacties. Wanneer elektronen van het ene atoom zich vermengen met de elektronen van een ander, kan zich een molecuul vormen. Moleculen kunnen stabieler zijn dan sommige individuele atomen. Bovendien kunnen moleculen met elkaar interageren in een proces dat fundamenteel wordt bestuurd door elektromagnetische fysica. Deze moleculaire uitwisselingen vormen de basis van chemie.
Recente ontwikkelingen in de fysica hebben gesuggereerd dat de elektromagnetische kracht mogelijk verband houdt met de andere fundamentele krachten. De zwakke nucleaire kracht, die verantwoordelijk is voor radioactief verval, lijkt in alledaagse omstandigheden heel anders te zijn dan de elektromagnetische kracht. Bij extreem hoge temperaturen lijken de twee verschillende krachten echter samen te smelten in wat de elektroweak-kracht wordt genoemd. Bovendien lijken de elektromagnetische en zwaartekrachten op dezelfde manier in de ruimte te variëren. De mogelijkheid dat alle fundamentele krachten met elkaar verbonden zijn, die populair is gemaakt door de Britse natuurkundige Stephen Hawking en anderen, wordt de theorie van alles genoemd.