Год открытия. 1864.
Электромагнитное излучение: все электрические и магнитные энергетические волны являются частью единого электромагнитного спектра и подчиняются простым математическим правилам.
Кто это открыл? Джеймс Клерк Максвелл
Почему это одно из 100 величайших?
На протяжении большей части XIX века люди считали, что электричество, магнетизм
и свет — это три отдельных, не связанных между собой явления. Исследования исходили из этого предположения Затем Максвелл обнаружил, что все они — одно и то же — формы электромагнитного излучения.
Это было поразительно грандиозное открытие, часто называемое величайшим открытием в физике XIX века. Максвелл сделал для электромагнитного излучения то же, что Ньютон для гравитации — дал науке математический инструментарий для понимания и использования этой силы природы.
Максвелл объединил магнитную и электрическую энергию, ввёл термин «электромагнитное излучение» и открыл четыре простых уравнения, описывающих поведение электрических и магнитных полей. Разрабатывая эти уравнения, Максвелл обнаружил, что свет является частью электромагнитного спектра, и предсказал существование радиоволн, рентгеновских и гамма-лучей.
Как это было обнаружено?
Джеймс Клерк родился в 1831 году в Эдинбурге, Шотландия. Семья позже добавила Имя Максвелл. Джеймс легко окончил университет, получив диплом с отличием и степень по математике. Впоследствии он занимал различные профессорские должности в области математики и физики.
Будучи математиком, Максвелл исследовал мир и Вселенную посредством математических уравнений. Он выбрал кольца Сатурна темой своего первого исследования. Максвелл с помощью математики доказал, что эти кольца не могут быть сплошными дисками и не могут состоять из газа. Его уравнения показали, что они должны состоять из бесчисленного множества мелких твёрдых частиц. Спустя столетие астрономы подтвердили его правоту.
Максвелл обратил внимание на газы и изучал тепловые взаимодействия, управляющие движением быстро движущихся частиц газа. Результаты этого исследования полностью перевернули научный подход к изучению взаимосвязи между теплом (температурой) и движением газа.
В 1860 году он обратил внимание на ранние работы Уиличела Фарадея по электричеству. Фарадей изобрёл электродвигатель, обнаружив, что вращающийся металлический диск в магнитном поле создаёт электрический ток, а изменяющийся электрический ток также изменяет магнитное поле и может создавать физическое движение.
Максвелл решил экспериментально исследовать взаимосвязь между электричеством и магнетизмом, а также электрические и магнитные силовые линии, открытые Фарадеем.
В поисках математических соотношений между различными аспектами электричества и магнетизма Максвелл проводил эксперименты для проверки и подтверждения каждого из своих результатов. К 1864 году он вывел четыре простых уравнения, описывающих поведение электрических и магнитных полей и их взаимосвязь. Осциллирующие (изменяющиеся) электрические поля (поля, электрический ток которых быстро смещается вперёд и назад) порождают магнитные поля, и наоборот.
Эти два типа энергии были неразрывно связаны. Максвелл понял, что электричество и магнетизм — это просто два проявления единого потока энергии, и назвал его электромагнитной энергией. Когда он впервые опубликовал эти уравнения и свои открытия в статье 1864 года, физики сразу же осознали невероятную ценность и значение четырёх уравнений Максвелла.
Влаксвелл продолжил работать со своим набором уравнений и понял, что до тех пор, пока электрический источник колебался с достаточно высокой частотой электромагнитные волны энергии он создан, мог и будет летать по открытому воздуху без проводов для перемещения
Это было первое предсказание существования радиоволн.
Он рассчитал скорость распространения этих электромагнитных волн и обнаружил, что она соответствует лучшим (на тот момент) расчётам скорости света. Исходя из этого, Максвелл понял, что сам свет — это всего лишь одна из форм электромагнитного излучения. Поскольку электрические токи могут колебаться с любой частотой, Максвелл понял, что свет — лишь малая часть обширного и непрерывного спектра электромагнитного излучения.
Максвелл предсказал, что будут обнаружены другие формы электромагнитного излучения в других частях этого спектра. Как он и предсказывал, β-лучи были открыты в 1896 году Вильгельмом Рентгеном. За восемь лет до этого открытия Генрих Герц провёл эксперименты, следуя уравнениям Вильгельма Рентгена, чтобы выяснить, сможет ли он заставить электромагнитное излучение распространяться по воздуху (передаваться в пространстве в виде волн энергии). Он легко создал и обнаружил первые в мире радиоволны, подтвердив уравнения и предсказания Максвелла.
Интересные факты: Астрономы пришли к выводу, что наиболее эффективный способ связи с разумной цивилизацией, вращающейся вокруг другой звезды, — это использование радиоволн. Однако во Вселенной существует множество естественных процессов, порождающих радиоволны. Если бы мы могли преобразовать эти естественные радиоволны в звук, они звучали бы как помехи, которые мы слышим по радио. В поисках разумной жизни астрономы используют современные компьютеры, чтобы различать сигнал (возможное сообщение) и шум (помехи).
Больше для изучения
Кэмпбелл, Льюис. Жизнь Джеймса Клерка Млаксвелла. Довер, Делавэр. Adamant Media. 2001.
Фрэнсис, К. У. У. Джеймс Клерк Млаксвелл. Физик и натурфилософ. Нью-Йорк. Скрибнер С., 1994.
Хармон, Питер. Естественная философия Джеймса Клерка Млаксвелла. Нью-Йорк. Cambridge University Press, 2001.
Махон, Базиль. Миан, который изменил всё. Жизнь Джеймса Клерка М Максвелла. Нью-Йорк. John Wiley & Sons, 2004.
Максвелл, Джеймс. Материя и движение. Амхерст, Нью-Йорк. Prometheus Books, 2002.
