Електромагнитна теория

През 1845 г. Майкъл Фарадей открил, че равнината на поляризация на линейно поляризирана светлина е завъртяна, когато светлината се разпространява в посока на магнитното поле в присъствието на прозрачен диелектрик, явление което днес е известно като ефект на Фарадей. Това е първото доказателство, че светлината е тясно свързана с електромагнетизма. През 1846 г. той предположил, че светлината може да е вид смущение на средата, което се разпространява по дължината на магнитните линии на полето. Фарадей направил предположението през 1847 г., че светлината е високочестотно електромагнитно трептене, което може да се разпространява дори без наличие на среда.

    Работите на Фрадей вдъхновили Джеймс Кларк Максуел да изучава електромагнитното излъчване и светлината. Той открил, че самостоятелно разпространяващи се електромагнитни вълни пътуват в пространството с постоянна скорост, която е равна на измерената преди това.

                                                              c= \frac {1} {\sqrt{\varepsilon_0\mu_0}}

   От всичко това Максуел заключил, че светлината представлява електромагнитно излъчване с голяма честота. За първи път той заявил това през 1862 г. в Физичните линии на силата. През 1873 г. той публикувал Трактат по електричество и магнетизъм, който съдържал пълно математическо описание на поведението на електричното и магнитно поле, днес известни като уравнения на Максуел. Максуел определил точно характера на трептенията при светлинните вълни − те се извършват от два вектора: интензитета на електричното поле E и магнитната индукция на магнитното поле В, които трептят в две взаимно перпендикулярни равнини и поотделно са перпендикулярни на посоката на разпространение на светлината. 

Снимка: https://sites.google.com/site/benarabifq/2o-de-bachillerato-fisica/3-interaccion-electromagnetica-1/induccion-electromagnetica

Малко по-късно Хайнрих Херц потвърдил експериментално теорията на Максуел с генериране и детектиране на радиовълни в лабораторията си и демонстрирал, че тези вълни се държат по абсолютно същия начин като видимата светлина и имат свойството да се отразяват, пречупват, дифрактират и интерферират. Теорията на Максуел и опитите на Херц довели до развитието на съвременните радио, радар, телевизия, безжични комуникации и други.

Майкъл Фарадей - английски физик и химик Хайнрих Рудолф Херц - немски физик


    Това била окончателната победа на вълновата теория за светлината. Въпреки успехите ѝ при обясняване на редица явления, като интерференция и дифракция, свързани с разпространението на светлината, тя обаче не могла да даде задоволително обяснение на явленията топлинно излъчване и поглъщане, фотоелектричен ефект и др., които са свързани с взаимодействието на светлината с веществото.

Вълновата теория успяла да обясни почти всички оптични и електромагнитни явления и е била голям успех на физиката на 19-ти век. В края на 19-ти век обаче се оказало, че съществува един минимален брой явления, които не могли да бъдат обяснени или са били в пряк конфликт с тази теория. Една от тези аномалии било противоречието, свързано със скоростта на светлината. Постоянната скорост на светлината, изведена от уравненията на Максуел и потвърдена от опитите на Майкелсън-Морли противоречала на законите на механиката, известни и непроменени още от времето на Галилео Галилей, които постулират, че всички скорости са относителни по отношения на наблюдателя. През 1905 г. Алберт Айнщайн разрешил този парадокс като ревизирал модела на Галилео за време и пространство и законите на Нютон за движение с добавката за постоянна скорост на светлината. Айнщайн формулирал своите идеи в специалната теория на относителността, която дала съвсем нов поглед върху понятията време и пространство. Айнщайн също така показал равностойността на маса и енергия с широко популярното си уравнение:

                                                                                      E = mc^2 \,

където E е енргията, m е обикновено масата в покой или релативистката маса и c е скоростта на светлината във вакуум.