Žádná jiná teorie dosud neovlivnila směřování lidstva tolik jako Maxwellovy rovnice. Základní teorie elektromagnetického pole, kterou skotský fyzik James Maxwell představil již v roce 1864, tedy před 160 lety, přinesla sjednocení dřívějších poznatků z elektřiny a magnetismu. Maxwellovy rovnice jsou nejen obdivuhodným matematickým dílem, ale i základním kamenem komunikační revoluce 19. a 20. století.
Autor sjednocující teorie elektřiny a magnetismu, James Clerk Maxwell, se narodil 13. června 1831 v Edinburghu. Jeho otec byl právník a rodina vlastnila rozsáhlé skotské pozemky a hospodářství. Díky tomu se Maxwellovi dostalo toho nejlepšího vzdělání. Nejprve studoval na soukromé edinburské akademii, v šestnácti letech pak začal navštěvovat přednášky na edinburské univerzitě. V Edinburghu získal rozsáhlé vzdělání v mnoha oborech, nicméně jeho hlavním zájmem se staly matematika a fyzika. V jejich studiu pokračoval na univerzitě v Cambridge, kde také získal své první zaměstnání jako asistent. Později se stal profesorem ve skotském Aberdeenu.
I když Maxwellovi vděčíme za teorii a matematický popis elektromagnetických jevů, je nutné zmínit i jiného fyzikálního génia, jehož prací byl Maxwell při formulaci svých rovnic inspirován. Tím je Michael Faraday, který se narodil 22. září 1791 do chudé a silně nábožensky založené rodiny. Na rozdíl od Maxwella, Faradayův talent pro studium přírodních věd nikdo z rodiny nepodporoval. Mladému chlapci z předměstí Londýna se dostalo pouze základního vzdělání. Ve škole se naučil číst, psát a počítat a záhy nastoupil do učení jako knihvazač.
Po vyučení pracoval Faraday jako příručí v knihkupectví. A i když stále neměl peníze na to, aby si kupoval knihy a odborné publikace, mohl je alespoň ve volných chvílích číst v knihkupectví, kde pracoval. K první vědecké pozici přivedl Michaela Faradaye nejen zájem o fyziku, ale také vlastní píle a zručnost. V roce 1812 navštěvoval fyzikální přednášky předsedy Královského institutu sira Humphryho Davyho. Své zápisky z přednášek Faraday svázal, ilustroval a donesl je Davymu ukázat. Předseda Královského institutu byl ohromen jejich precizním provedením a Michaela Faradaye přijal za svého asistenta.
Faraday pak se sirem Davym odjel na dvouleté evropské turné, během kterého potkal největší vědecké osobnosti té doby a zároveň se snažil doplnit si fyzikální a matematické znalosti, které neměl možnost získat studiem na univerzitě. Zbytek svého života strávil jako asistent v chemické laboratoři Královského institutu. Při svých experimentech objevil, že elektrický proud procházející vodičem může vyvolat magnetické pole. Současně se mu podařilo ověřit, že existuje i opačná možnost, když působením magnetu vytvořil elektrický proud. Svůj objev vizualizoval pomocí magnetických siločar z kovových pilin. Faraday tak objevil elektromagnetickou indukci a experimentálně dokázal, že elektřina a magnetismus jsou pouze dva různé projevy jediného jevu – elektromagnetismu. Chybělo mu ale potřebné vzdělání, aby mohl výsledky svých experimentů matematicky popsat.
Autorem sjednocující teorie elektřiny a magnetismu se tedy stal až právě vynikající matematik James Maxwell. Inspirací mu byly právě Faradayovy experimentální vizualizace magnetických siločar v okolí zdrojů. Maxwellova dynamická teorie elektromagnetického pole je první kompletní teorií pole coby zprostředkovatele interakce. Maxwellovými rovnicemi, soustavou diferenciálních rovnic, jsou popsány veškeré, tehdy známé, vědomosti o světle a pozorovaných elektromagnetických jevech. Maxwell byl tak díky svému velmi dobrému univerzitnímu vzdělání, na rozdíl od Faradaye, schopen matematicky dokázat, že elektrické a magnetické pole jsou dvě na sobě závislé proměnné.
Faradayův objev elektromagnetické indukce byl základem pro Maxwellovo revoluční sjednocení elektřiny a magnetismu. Maxwellovy rovnice se o několik desítek let později staly východiskem pro Einsteinovu speciální i obecnou teorii relativity a motivací pro formulaci kvantové teorie. Rovnice však nebyly obohacením pouze pro teoretickou fyziku, efektivní popis elektromagnetických jevů položil základy komunikační revoluce moderní civilizace, když nalezl své aplikace v bezdrátovém telegrafu nebo rádiovém vysílání. Principů šíření elektromagnetických vln popsaných v Maxwellových rovnicích využívají i radary, televizní vysílání a moderní telekomunikační sítě.
Mohlo by vás také zajímat:
Vedoucí
Fyziklání: Chcete ovládnout matematiku? Začněte fyzikou!
„Co
Bůh stvořil?“ Před 180 lety byla odeslána první telegrafní
zpráva
Matfyz
na podzim otevře kurzy pro neaprobované fyzikáře