Что такое электромагнитная теория?

Теория специальной теории относительности Эйнштейна описывает магнетизм как побочный продукт электрической силы. Следовательно, эти две силы можно считать различными аспектами более фундаментальной силы, которую физики называют электромагнетизмом. Электромагнитная теория описывает совокупность взаимосвязанных научных утверждений, используемых для ответа на вопросы об этой силе.

Физики используют поля в качестве абстракций для описания того, как система влияет на свое окружение. Электрическое поле заряженного объекта представляет собой силу, которую он будет оказывать на заряженную частицу. Поле сильнее ближе к объекту, потому что электростатическая сила уменьшается с увеличением расстояния между двумя зарядами. Магнитные поля определяются аналогично, за исключением того, что они описывают силу, действующую на движущуюся заряженную частицу.

Самыми основными идеями в теории электромагнитного поля являются «изменяющееся электрическое поле, создающее магнитное поле» и «изменяющееся магнитное поле, создающее магнитное поле». Эти принципы количественно определяются уравнениями Максвелла, названными в честь Джеймса Клерка Максвелла, шотландского физика и математика, чей работа в 19 веке установила эту дисциплину, революционизировав представления физиков о свете. Уравнения Максвелла также переводят ранее известные соотношения - закон Кулона и закон Био-Савара - на язык полей.

Заряженная частица генерирует магнитное поле при движении, но магнитное поле перпендикулярно движению частицы. Кроме того, влияние этого магнитного поля на второй движущийся заряд перпендикулярно как полю, так и движению второго заряда. Эти два факта приводят к тому, что даже основные проблемы электромагнетизма требуют сложных трехмерных рассуждений. Исторически сложилось так, что развитие векторов в математике и естественных науках во многом связано с работой физиков, пытающихся абстрагировать и упростить использование электромагнитной теории.

В 19 веке электромагнитная теория изменила понимание физиками света. Ньютон описал свет в терминах частиц, называемых корпускул, но Максвелл утверждал, что это было проявлением электрических и магнитных полей, которые толкали друг друга в пространстве. Согласно этой концепции, видимый свет, рентгеновские лучи, радар и многие другие явления по своей природе похожи, каждое из которых представляет собой комбинацию электрических и магнитных полей, меняющихся с различной частотой. Ученые называют континуум всех таких волн электромагнитным спектром.

Успех электромагнитной теории привел к краху остальной ньютоновской физики в 20-м веке. Эйнштейн понял, что теория Максвелла требует пространства и времени для взаимозависимых, разных координат четырехмерного пространства-времени. Более того, теория относительности Эйнштейна показала, что пространство искривлено, и время, измеренное одним наблюдателем, отличается от времени, измеренного другим. Все эти открытия были полностью несовместимы с теорией движения Ньютона. Таким образом, изучение электромагнетизма прямо или косвенно изменило понимание физиками электричества, магнетизма, света, пространства, времени и гравитации.