Vad är elektromagnetisk teori?
Einsteins teori om speciell relativitet beskriver magnetism som biprodukt av elektrisk kraft. Därför kan dessa två krafter betraktas som olika aspekter av en mer grundläggande kraft, som fysiker kallar elektromagnetism. Elektromagnetisk teori beskriver en samling av sammankopplade vetenskapliga påståenden som används för att svara på frågor om denna kraft.
Fysiker använder fält som abstraktioner för att beskriva hur ett system påverkar omgivningen. Det elektriska fältet för ett laddat föremål representerar kraften som det skulle utöva på en laddad partikel. Fältet är starkare närmare objektet eftersom elektrostatisk kraft minskar när avståndet mellan två laddningar ökar. Magnetfält är på samma sätt definierade, förutom att de beskriver kraften som utövas på en rörlig laddad partikel.
De mest grundläggande idéerna i elektromagnetisk teori är "ett förändrat elektriskt fält genererar ett magnetfält" och "ett förändrat magnetfält genererar ett magnetfält." Dessa principer kvantifieras av Maxwells ekvationer, uppkallad efter James Clerk Maxwell, den skotska fysiker och matematiker vars arbete på 1800-talet etablerade disciplinen genom att revolutionera hur fysiker uppfattade ljus. Maxwells ekvationer kastade också tidigare kända förhållanden - Coulombs lag och Biot-Savart-lagen - till fältspråket.
En laddad partikel genererar ett magnetfält när den rör sig, men magnetfältet är vinkelrätt mot partikelns rörelse. Vidare är effekten som detta magnetfält har på en andra rörlig laddning vinkelrätt mot både fältet och rörelsen hos den andra laddningen. Dessa två fakta orsakar till och med grundläggande problem i elektromagnetismen kräver komplexa tredimensionella resonemang. Historiskt sett är utvecklingen av vektorer i matematik och naturvetenskap skyldig mycket av dess framsteg till arbetet hos fysiker som försöker abstrahera och förenkla användningen av elektromagnetisk teori.
På 1800-talet förändrade den elektromagnetiska teorin hur fysiker förstod ljus. Newton hade beskrivit ljus i termer av partiklar som kallas kroppar, men Maxwell hävdade att det var manifestationen av elektriska och magnetiska fält som pressade varandra genom rymden. Enligt denna uppfattning är synligt ljus, röntgenstrålar, radar och många andra fenomen i sig lika i sig, var och en av en kombination av elektriska och magnetiska fält som varierar med en annan frekvens. Forskare kallar kontinuumet för alla sådana vågor det elektromagnetiska spektrumet.
Framgången för den elektromagnetiska teorin ledde till att resten av Newtons fysik kollapsade under 1900-talet. Einstein insåg att Maxwells teori krävde utrymme och tid för att vara beroende av varandra, olika koordinater för en fyrdimensionell rymdtid. Dessutom visade Einsteins relativitetsteori att utrymmet var krökt och tiden som mäts av en observatör skilde sig från den som mäts av en annan. Dessa upptäckter var alla grundligt oförenliga med Newtons rörelseteori. Således har studiet av elektromagnetism, direkt eller indirekt, förändrat hur fysiker förstår elektricitet, magnetism, ljus, rymd, tid och tyngdkraft.