Відкриття електромагнітних хвиль - чудовий приклад взаємодії експерименту і теорії. На ньому видно, як фізика об'єднала, здавалося б, абсолютно різнорідні властивості - електрику і магнетизм, - виявивши в них різні сторони одного і того ж фізичного явища - електромагнітної взаємодії. На сьогодні це одне з чотирьох відомих фундаментальних фізичних взаємодій, до числа яких також відносяться сильне і слабке ядерні взаємодії і гравітація. Уже побудовано теорію електрослабкої взаємодії, яка з єдиних позицій описує електромагнітні і слабкі ядерні сили. Є і наступна об'єднує теорія - квантова хромодинамика - яка охоплює електрослабкої і сильне взаємодії, але її точність трохи нижче. Описати все фундаментальні взаємодії з єдиних позицій поки не вдається, хоча в цьому напрямку ведуться інтенсивні дослідження в рамках таких напрямків фізики, як теорія струн і квантова гравітація.
Вражений отриманим результатом, Максвелл пише Вільяму Томсону (лорду Кельвіном, який, зокрема, ввів абсолютну шкалу температур): «Швидкість поперечних хвильових коливань в нашій гіпотетичному середовищі, обчислена з електромагнітних дослідів Кольрауша і Вебера, настільки точно збігається зі швидкістю світла, обчисленої з оптичних дослідів Фізо, що ми навряд чи може відмовитися від виведення, що світло складається з поперечних коливань тієї ж самого середовища, яка є причиною електричних і магнітних явищ ». І далі в листі: «Я отримав свої рівняння, живучи в провінції і не підозрюючи про близькість знайденої мною швидкості поширення магнітних ефектів до швидкості світла, тому я думаю, що у мене є всі підстави вважати магнітну і світлоносну середовища як одну і ту ж середу . »
Рівняння Максвелла далеко виходять за рамки шкільного курсу фізики, але вони такі красиві і лаконічні, що їх варто розмістити на видному місці в кабінеті фізики, адже більшість значущих для людини явищ природи вдається описати за допомогою всього декількох рядків цих рівнянь. Так стискається інформація, коли об'єднуються раніше різнорідні факти. Ось один з видів рівнянь Максвелла в диференціальному поданні. Помилуйтеся.
магнітні заряди не існує в природі
Закон Ампера, з струмом зміщення Максвелла (другий член правої частини)
Хочеться підкреслити, що з розрахунків Максвелла виходило бентежний наслідок: коливання електричного і магнітного полів - поперечні (що він сам весь час підкреслював). А поперечні коливання поширюються тільки в твердих тілах, але не в рідинах і газах. На той час було надійно виміряно, що швидкість поперечних коливань в твердих тілах (попросту швидкість звуку) тим вище, чим, грубо кажучи, твердіше середовище (чим більше модуль Юнга і менше щільність) і може досягати декількох кілометрів в секунду. Швидкість поперечної електромагнітної хвилі була майже в сто тисяч разів вище, ніж швидкість звуку в твердих тілах. А треба зауважити, що характеристика жорсткості входить в рівняння швидкості звуку в твердому тілі під коренем. Виходило, що навколишнє середовище, через яку йдуть електромагнітні хвилі (і світло), має жахливі характеристики пружності. Виник вкрай важке питання: «Як же через таку тверду середу рухаються інші тіла і не відчувають її?» Гіпотетичну середу назвали - ефіром, приписавши йому одночасно дивні і, взагалі кажучи, взаємовиключні властивості - більшої гнучкості і надзвичайну легкість.
Роботи Максвелла викликали шок серед вчених-сучасників. Сам Фарадей з подивом писав: «Спочатку я навіть злякався, коли побачив таку математичну силу, застосовану до питання, але потім здивувався, побачивши, що питання витримує це настільки добре». Незважаючи на те, що погляди Максвелла перекидали всі відомі на той час уявлення про поширення поперечних хвиль і про хвилях взагалі, прозорливі вчені розуміли, що збіг швидкості світла і електромагнітних хвиль - фундаментальний результат, який говорить, що саме тут фізику очікує основний прорив.
На жаль, Максвелл помер рано і не дожив до надійного експериментального підтвердження своїх розрахунків. Міжнародне наукове думка змінилася в результаті дослідів Генріха Герца, який через 20 років (1886-89) в серії експериментів продемонстрував генерацію і прийом електромагнітних хвиль. Герц не тільки в тиші лабораторії отримав правильний результат, але пристрасно і безкомпромісно захищав погляди Максвелла. Причому він не обмежився експериментальним доказом існування електромагнітних хвиль, але і досліджував їх основні властивості (відображення від дзеркал, заломлення в призмах, дифракцію, інтерференцію і т. Д.), Показавши повну тотожність електромагнітних хвиль зі світлом.
Генріх Герц так підсумував результати своїх експериментів: «Описані експерименти, як, принаймні, здається мені, усувають сумніви в тотожності світла, теплового випромінювання та електродинамічного хвильового руху».