Джеймс Максвелл и открытие радиоволн

Будучи математиком, Джеймс Максвелл исследовал мир и вселенную с помощью математических уравнений. Он выбрал кольца Сатурна в качестве предмета своего первого крупного исследования. Максвелл использовал математику, чтобы доказать, что эти кольца не могут быть твердыми дисками и не могут состоять из газа. Его уравнения показали, что они должны состоять из бесчисленных маленьких твердых частиц. Спустя столетие астрономы доказали, что он прав.

Максвелл обратил свое внимание на газы и изучил математические соотношения, которые регулировали движение быстро движущихся частиц газа. Его результаты в этом исследовании полностью пересмотрели научный подход к изучению взаимосвязи между теплом (температурой) и движением газа.

В 1860 году он обратил свое внимание на ранние электромонтажные работы Майкла Фарадея. Фарадей изобрел электродвигатель, обнаружив, что вращающийся металлический диск в магнитном поле создает электрический ток и что изменяющийся электрический ток также изменяет магнитное поле и может создавать физическое движение.

Максвелл решил математически исследовать связь между электричеством и магнетизмом и "электрическими и магнитными силовыми линиями", которые открыл Фарадей.

Когда Максвелл искал математические связи между различными аспектами электричества и магнетизма, он разработал 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 взаимосвязанную природу. Колеблющиеся (изменяющиеся) электрические поля (те, электрический ток которых быстро смещался назад и вперед) создавали магнитные поля и наоборот.

Два типа энергии были неразрывно связаны. Максвелл осознал, что электричество и магнетизм были просто двумя выражениями единого энергетического потока, и назвал его электромагнитной энергией. Когда он впервые опубликовал эти уравнения и свои открытия в статье 1864 года, физики сразу поняли невероятную ценность и значение четырех уравнений Максвелла.

Максвелл продолжал работать со своим набором уравнений и понял, что пока электрический источник колебался с достаточно высокой частотой, волны электромагнитной энергии, которые он создавал, могли и будут лететь через открытый воздух — без проводящих проводов для перемещения вдоль. Это был первый прогноз радиоволн.

Он рассчитал скорость, с которой будут распространяться эти электромагнитные волны, и обнаружил, что она соответствует лучшим расчетам (в то время) скорости света. Исходя из этого, Максвелл понял, что сам свет был просто еще одной формой электромагнитного излучения. Поскольку электрически заряженные токи могут колебаться с любой частотой, Максвелл понял, что свет — это лишь крошечная часть обширного и непрерывного спектра электромагнитного излучения.

Максвелл предсказал, что будут найдены другие формы электромагнитного излучения вдоль других частей этого спектра. Как он и предсказывал, рентгеновские лучи были открыты в 1896 году Вильгельмом Рентгеном. За восемь лет до этого открытия Генрих Герц провел эксперименты по уравнениям Максвелла, чтобы выяснить, может ли он заставить электромагнитное излучение передавать через пространство в форме энергетических волн. Он легко создал и обнаружил первые в мире радиоволны, подтверждая уравнения Максвелла и предсказания.

Фото: soyuz.ru