Droga od teorii elektromagnetyzmu do odkrycia fal radiowych

Droga od teorii elektromagnetyzmu do odkrycia fal radiowych
Ryszard Tadeusiewicz Fot. Naukowiec AGH, absolwent myślenickiego LO

W poprzednim felietonie, który ukazał się dwa tygodnie temu (bo potem było święto) pisałem o tym, jak trudno było odkryć fale radiowe. Dziś opowiem o tym, jak wreszcie doszło do tego odkrycia.

Zaczęło się od tego, że Maxwella zdenerwował bałagan panujący w nauce o elektryczności i magnetyzmie. Temat był wówczas modny, ukazywało się wiele prac, ale każdy badacz inaczej opisywał swoje odkrycia. Osobno opisywano ładunki elektryczne, osobno doświadczenia z magnesami wywołującymi napięcie w cewce i zupełnie osobno brewerie, jakie wyczyniał kompas w towarzystwie kabla z prądem. Pisali na ten temat najwięksi uczeni tamtej epoki: Gauss, Ampere, Oersted, Faraday.

Maxwell spróbował zebrać to wszystko razem.

Starał się ująć związki pomiędzy zjawiskami elektrycznymi i magnetycznymi w formę wzorów matematycznych. Owe związki dzisiaj każdy z nas codziennie wykorzystuje, nie mając oczywiście o tym pojęcia. Ale włączając odkurzacz zamieniam prąd na pole magnetyczne w jego silniku, dzięki czemu napędza on wentylator wciągający śmieci. Z kolei czytając przy elektrycznej lampie korzystam z tego, że w elektrowni przetworzono wirujące pole magnetyczne na prąd. Dzisiaj to codzienność.

Jednak sto lat temu te zjawiska dopiero poznawano, zaś Maxwell postanowił zbudować matematyczne wzory, które je opiszą. Nie było to łatwe, gdyż okazało się, że jeden z wcześniejszych wzorów, powszechnie wówczas uznawany wzór Oersteda - zawierał nie zauważony przez nikogo błąd. Maxwell najpierw więc skorygował prawo Oersteda, a potem zbudował swoje słynne cztery równania.

Tylko cztery - a zawarty jest w nich cały Kosmos!

Równania Maxwella są piękne. Może nie każdy jest w stanie to piękno docenić, ale one naprawdę są piękne. Krótkie i zwięzłe, zbudowane według zasady symetrii, która wydaje się być jedną z fundamentalnych cech Natury, ale z minimalnym naruszeniem tej symetrii - podobnie jak w pięknej twarzy, którą prawdziwie zdobi dopiero niesforny pukiel włosów, przełamujący jej posagowość. Równania Maxwella są także trudne - zarówno do zrozumienia jak i do rozwiązania. Jednak podjęcie tego trudu się opłaca, gdyż zrozumienie elektrodynamiki Maxwella jest warunkiem głębszego zrozumienia świata, w którym żyjemy, a ich rozwiązanie ...

Właśnie! Rozwiązanie równań Maxwella ma postać fali.

Było to zadziwiające dla Maxwella. No bo niby co tu ma falować? Fale na wodzie - to rzecz zrozumiała, drgania struny - to też coś namacalnego. Ale jak pojąć falę, która jest niedostrzegalna dla zmysłów, a w dodatku może się rozchodzić w absolutnej próżni?

Poszukiwania odpowiedzi na te pytania wykazały, że nie wszystkie zjawiska Przyrody dadzą się sprowadzić do wyobrażeń opartych na codziennym doświadczeniu: dotykalnych przedmiotów, ruchów i oddziaływań. Dziś już wiemy, że usiłowania zmierzające do stworzenia dostępnego naszym zmysłom modelu wielu zjawisk są skazane na niepowodzenie. Świat wnętrza atomu, czarne dziury w Kosmosie, fale elektromagnetyczne... Jest wiele zjawisk i procesów, które piętrzą przed ludzka wyobraźnią nieprzebyty próg. Próby pokonania tego progu doprowadziły Maxwella do największego błędu jego życia.

Ale o tym błędzie napiszę za tydzień.