Vad är elektromagnetisk fysik?

Elektromagnetisk fysik försöker förklara både interaktionen mellan elektriskt laddade partiklar och magnetiska fenomen. Även om de ursprungligen ansågs vara separata har elektriska och magnetiska fält visat sig vara relaterade. Förutom gravitationella effekter styr den elektromagnetiska kraften nästan alla naturliga interaktioner som kan observeras med blotta ögat. Huruvida elektromagnetisk fysik är grundläggande relaterad till andra fysikområden är ett ämne för pågående forskning.

Den brittiska fysikern James Clerk Maxwell visade 1873 att el och magnetism var kopplade. Han demonstrerade inte bara hur laddade partiklar interagerar med varandra, utan också hur rörliga laddningar skapar magnetfält. Hans hypoteser har sedan dess omfattande bekräftats genom experiment. Sedan dess har elektromagnetisk fysik betraktats som en enda teori; det är förkroppsligat i en uppsättning av fyra lagar kända som Maxwells ekvationer.

Det finns fyra grundläggande krafter i naturen - de elektromagnetiska, gravitationella, starka kärnkraften och svaga kärnkrafter. Var och en gäller över alla avstånd i rymden, men precis som alla vetenskapsområden har den elektromagnetiska kraften ett område där den dominerar. På mycket stora skalor, såsom med stjärnor och galaxer, dominerar tyngdkraften. Elektromagnetiska interaktioner förekommer fortfarande, men de överväldigas av tyngdkraften; på ett sätt är den elektromagnetiska fysiken "drunknad."

Vid extremt små skalor, såsom inom en enda atomkärnan, dominerar den starka kärnkraften. Det är den kraft som ansvarar för att hålla protoner inuti kärnan, även om den elektromagnetiska kraften tenderar att skjuta dem isär. Detta lämnar en mellanliggande skala som till stor del domineras av elektromagnetisk fysik.

Även om den elektromagnetiska kraften interagerar med varje laddad partikel individuellt, är den kollektivt ansvarig för större interaktioner. När elektroner från en atom blandar sig med en annan elektroner kan en molekyl bildas. Molekyler kan vara mer stabila än vissa enskilda atomer. Dessutom kan molekyler interagera med varandra i en process som grundligt styrs av elektromagnetisk fysik. Dessa molekylära utbyten är grunden för kemi.

Den senaste utvecklingen inom fysiken har antytt att den elektromagnetiska kraften kan vara relaterad till de andra grundläggande krafterna. Den svaga kärnkraften, som ansvarar för radioaktivt förfall, verkar vara mycket annorlunda från den elektromagnetiska kraften under vardagliga omständigheter. Vid extremt höga temperaturer verkar emellertid de två distinkta krafterna smälta samman i det som kallas elektrockkraften. Dessutom verkar de elektromagnetiska krafterna och gravitationskraften variera i rymden på samma sätt. Möjligheten att alla grundläggande krafter är relaterade, som har populariserats av den brittiska fysikern Stephen Hawking och andra, kallas Theory of Everything.