Создание теории электромагнитного поля Максвеллом

Открытия, сделанные Фарадеем в области электромагнетизма, были развиты выдающимся английским математиком и физиком Максвеллом (1831-1879). В его теории электромагнетизма была установлена органическая связь электричества и магнетизма. Основываясь на идеях, высказанных ранее Фарадеем, Максвелл вводит понятие электромагнитного поля.

Согласно теории Максвелла, каждая заряженная частица окружена полем - невидимым ореолом, оказывающим воздействие на другие заряженные частицы, находящиеся поблизости, т.е. поле одной заряженной частицы действует на другие заряженные частицы с некоторой силой. Такие взгляды на природу взаимодействия резко отличались от ньютоновской концепции тяготения, где притяжение считалось силой прямого взаимодействия между разделенными пространством массами. В теории Максвелла движение частицы, помещенной в данную точку пространства, определялось силовой характеристикой - напряженностью поля в этой точке.

Теория электромагнитного поля Максвелла ознаменовала собой начало нового этапа в физике и естествознании. Именно на этом этапе развития физики электромагнитное поле стало реальностью, материальным носителем взаимодействия, еще одной формой, наряду с веществом, существования материи. Мир постепенно стал представляться электродинамической системой, построенной из электрически заряженных частиц, взаимодейст­вующих посредством электромагнитного поля.

Анализируя свои уравнения, Максвелл пришел к выводу о том, что электромагнитное поле может отрываться от источников, его порождающих, и распространяться в пространстве в виде т.н. электромагнитных волн, причем скорость их распространения должна быть равна скорости света. Отсюда был сделан совершенно новый вывод: свет есть разновидность электромагнитных волн.

Предсказанные теорией Максвелла электромагнитные волны действи­тельно были открыты в 1888г. Генрихом Герцем (1857-1894). Он сумел осуществить передачу и прием электромагнитных волн очень большой длины - радиоволн. Сегодня мы имеем дело с целым набором электромагнитных волн, длина которых принимает значения от очень малых до очень больших значений. Все вместе они составляют электромагнитный спектр. Это и гамма-, и рентгеновские лучи, ультрафиолетовые излучения, видимый свет, инфракрасное, микроволновое и радиоизлучение. Излучения всех этих видов распространяются в вакууме со
скоростью света и имеет одну и ту же природу.

Трудно представить какую-либо волну без среды, в которой она могла бы распространяться. Звуковые волны распространяются в различных материальных средах: воздухе, воде, твердом теле. Поверхностные волны движутся по поверхности воды. В какой же среде распространяются электромагнитные волны?

Максвелл возродил старую идею о существовании эфира, заполняюще­го пространство, который и должен был служить носителем электромагнитных волн. Система отсчета, связанная с неподвижным эфиром, рассматривалась как абсолютный критерий состояния покоя и отождествлялась с абсолютным пространством.

Вскоре были предприняты попытки экспериментального определения скорости Земли относительно эфира, но все они приводили к отрица­тельному результату. Эфир обнаружить не удавалось. Наиболее известны эксперименты американского физика Майкельсона (1852-1931). Постепенно становилось ясно, что никакой эксперимент не в состоянии выявить факт движения Земли относительно эфира. Возникала еще одна проблема. Если законы механики верны во всех инерциальных системах отсчета, то для электродинамики Максвелла это правило как будто не подходит. Почему?