آغاز الکترومغناطیس

سالهای 1820 و 1830 الهام بخش علم ترمودینامیک بود و موضوع روز آن، مبحث مرموز و کنجکاوانه فرایندهای تبدیل است. برای دانشمندان اوایل قرن نوزدهم آشکار بود که بسیاری از آثار تبدیل پذیر مانند آثار گرمایی، مکانیکی، شیمیایی، الکتریکی و مغناطیسی، مسلتزم اصول وحدت بخش و یگانه اند. ترمودینامیک ابتدا بر آثار گرمایی و مکانیکی متمرکز شد، و از آنها مفاهیم انرژی، انتروپی و سه قانون بزرگ فیزیک را استخراج کرد. سرانجام، در پایان قرن نوزدهم، ترمودینامیکدانان به این کشف دست یافتند که زبان علم آنان همه آثار بزرگ مقیاس، یا در واقع کل جهان را در بر می گیرد.
در همان زمان وحدتهای دیگری در حال اکتشاف بود. در سال 1820 اورستد (1) مشاهده کرد که یک سیم حامل جریان الکتریکی عقربه مغناطیسی یک قطب نمای نزدیک به آن را به حرکت درمی آورد. یعنی یک اثر الکتریکی، یک اثر مغناطیسی ایجاد می کند. همکاران اورستد به این رویداد توجهی نداشتند، اما یک جوان بلندهمت، یک دستیار آزمایشگاهی، در مؤسسه سلطنتی لندن، به نام مایکل فارادی تحت تأثیر این رویداد قرار گرفت. فارادی در یک رشته آزمایشهایی که به طور درخشانی طراحی شده بود، آثار مغناطیسی بسیار بیشتری را کشف کرد، از جمله آنها اکتشافاتی است که موتورها و مولّدهای الکتریکی امروزی را امکان پذیر کرده است. در یکی از آخرین و مشکلترین این آزمایشها، فارادی کشف حیرت انگیزی کرد که نور قطبیده تحت تأثیر میدان مغناطیسی قرار می گیرد. او با این مشاهده، نور را در حوزۀ پدیده های الکترومغناطیسی درآورد.
فارادی بزرگترین آزمایشگاه قرن نوزدهم بود، او با مهارت عالی اش در آزمایشگاه و همچنین با نظریۀ انقلابی اش دلیل راه و الگو شده بود. او باور داشت که آثار مغناطیسی، الکتریکی و الکترومغناطیسی در فضا، در امتداد «خطوط نیرو» یی که جمعاً به عنوان یک «میدان» تعریف می شوند، می گذرند. وقتی چنین میدانی ایجاد شود، می تواند در همه جا حتی در فضای خالی وجود داشته باشد. معاشران فارادی به آزمایشهای او باور داشتند، اما نظریه او را که اساساً مخالف نوعی نیوتونیسم شایع در آن زمان بود، نمی پذیرفتند.
اما دو جوان مخالف نظر عامه، که مشتاقانه معتقد به مفهوم میدان بودند به او پیوستند. یکی از آن دو، ویلیام تامسن و دیگری جوانی اسکاتلندی، به نام جیمز کلرک ماکسول بود که بعداً بزرگترین نظریه پرداز قرن نوزدهم شد. تامسن یک نظریه ریاضی محدود از خطوط نیروی الکتریکی فارادی را باب کرد. ماکسول بسیار پیشتر رفت. در طی یک دوره تقریباً دو دهه، او بنای نظریه ای عظیمی را ایجاد کرد که آغاز آن با مفهوم میدان فارادی بود. این نظریه شامل مجموعه ای از معادلات دیفرانسیلی برای مؤلفه های الکتریکی و مغناطیسی میدان و منابع آنها بود، که در چند خط این نظریه از همه پدیده های الکتریکی، مغناطیسی و الکترومغناطیسی مطالبی به طور متراکم، از جمله اثبات آزمایشی ماهیت الکترومغناطیسی نور به وسیله فارادی، آورده شده بود.
حوزه و سودمندی معادلات ماکسول بسیار وسیع است. تعبیر فیزیکی این معادلات طی سالها تغییر کرده است. امروزه ما منشأ میدان الکتریکی را در بارهای الکتریکی و میدان مغناطیسی را در جریان های الکتریکی می دانیم. ماکسول بار الکتریکی را به عنوان محصولی از میدان در نظر می گرفت، و فقط می توانست یک ارتباط غیرمستقیم بین میدان مغناطیسی و جریان الکتریکی ببیند. اما خود معادلات در یک مقیاس کیهانی معتبر است. معادلات ترمودینامیک ماکسول، مانند قانونهای دینامیک و گرانش جهانی نیوتون، وسعتی دارد که تا زوایای جهان امتداد می یابد.

پی نوشت ها :

1. Oersted

منبع: کروپر، ویلیام ه؛ (1390)، فیزیکدانان بزرگ از گالیله تا هاوکینگ، ترجمه احمد خواجه نصیر طوسی، تهران؛ انتشارات فاطمی، چاپ سوم.