ทำไมสมการของแมกซ์เวลล์เป็นการค้นพบอันยิ่งใหญ่ในโลกฟิสิกส์
นับตั้งแต่สมัยโบราณกาล มนุษย์เรารู้จักปรากฏการณ์แม่เหล็กผ่านแท่งแม่เหล็กธรรมชาติ ปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าผ่านไฟฟ้าสถิตย์จากการขัดถู ทั้งสองอย่างนั้นแยกขาดจากกัน ไม่ได้มีความเชื่อมโยงกันเลย
จนกระทั่งนักฟิสิกส์อย่างเออร์สเตด(Ørsted)และแอมแปร์ค้นพบว่ากระแสไฟฟ้าในเส้นลวดสร้างสนามแม่เหล็กแผ่รอบๆ จากนั้นไมเคิล ฟาราเดย์พบว่า สนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงจะเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสไฟฟ้าในขดลวด สิ่งที่เชื่อมโยงระหว่างแม่เหล็กกับไฟฟ้าเริ่มปรากฏออกมาให้นักฟิสิกส์เห็น แต่ในตอนนั้นนักฟิสิกส์ผู้ค้นพบปรากฏการณ์เหล่านี้มองว่าแม่เหล็กกับไฟฟ้าส่งผลระหว่างกันได้ โดยไม่ได้มองเห็นความเชื่อมโยงที่ลึกซึ้งไปกว่านั้น
จนกระทั่งนักฟิสิกส์ชื่อ เจมส์ คลาร์ก แมกซ์เวลล์ สร้างทฤษฎีที่ปรากฏการณ์แม่เหล็กกับไฟฟ้าอยู่ในกรอบเดียวกันอย่างชัดเจน เรียกว่า ทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic theory) โดยทั้งแรงแม่เหล็กและไฟฟ้าเป็นเหมือนสองหน้าเหรียญที่แท้จริงแล้วยึดโยงเป็นหนึ่งเดียว
สมการที่ใช้อธิบายธรรมชาติของแม่เหล็กและไฟฟ้าเรียกว่า สมการของแมกซ์เวลล์ (Maxwell's equations) ที่ทุกวันนี้ถูกแสดงออกเป็น 4 สมการทางคณิตศาสตร์ที่เข้าใจค่อนข้างยากและคำนวณก็ยากด้วย แต่มันใช้อธิบายธรรมชาติของแม่เหล็กและไฟฟ้า รวมทั้งความเชื่อมโยงระหว่างทั้งสองปรากฏการณ์ได้เป็นอย่างดี
รายละเอียดของแต่ละสมการขอไม่อธิบายในที่นี้ แต่ประเด็นคือ การอธิบายธรรมชาติของแรงแม่เหล็กและไฟฟ้าอย่างด้วยคณิตศาสตร์ที่ชัดเจนภายใต้กรอบทฤษฎีเดียวนับเป็นความเข้าใจอันยิ่งใหญ่ที่มนุษย์มีต่อแม่เหล็กไฟฟ้า นอกจากนี้ แมกซ์เวลล์ยังใช้สมการของเขาอธิบายธรรมชาติของแสงได้อย่างลึกซึ้งที่สุดด้วย
ในยุคของแมกซ์เวลล์ มนุษย์เรารู้แล้วว่าแสงมีคุณสมบัติเชิงคลื่น แต่มันเป็นคลื่นของอะไร? แมกซ์เวลล์เป็นคนแรกที่อธิบายว่าแสงเป็นการสั่นไหวของสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า โดยความเปลี่ยนแปลงของสนามหนึ่งเหนี่ยวนำให้อีกสนามหนึ่งเกิดขึ้นไปมาอย่างต่อเนื่อง เขาใช้ทฤษฎีของเขาและข้อมูลต่างๆคำนวณจนพบว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเดินทางด้วยความเร็วค่าหนึ่งซึ่งใกล้เคียงกับค่าความเร็วแสงที่หาได้ในยุคนั้น นับเป็นหลักฐานอันดีที่แสดงให้เห็นว่าแสงคือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
ในปัจจุบันเรายังรู้แล้วว่าแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ความยาวคลื่นอยู่ในช่วงแคบๆช่วงหนึ่งเท่านั้น ยังมีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความยาวคลื่นที่เรามองไม่เห็นอยู่อีกมากมาย ทั้งคลื่นวิทยุ ไมโครเวฟ รังสีเอกซ์ ฯลฯ ซึ่งธรรมชาติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเหล่านี้ล้วนแล้วแต่ถูกอธิบายได้ด้วยสมการของแมกซ์เวลล์
นอกจากนี้ ความเข้าใจอย่างลึกซึ้งต่อธรรมชาติของแม่เหล็กไฟฟ้ายังเชื่อมโยงไปถึงเทคโนโลยีการส่งสัญญาณหลายรูปแบบ ไปจนถึง สนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์และสนามแม่เหล็กโลก รวมทั้งธรรมชาติของอนุภาคมูลฐานต่างๆด้วย
ทั้งหมดนี้เป็นความยิ่งใหญ่ของสมการของแมกซ์เวลล์ที่ใช้อธิบายธรรมชาติของแม่เหล็กไฟฟ้าได้อย่างครบถ้วนครอบคลุมไว้ในกรอบของทฤษฎีเดียว
สนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์
หลังจากยุคของแมกซ์เวลล์ไม่นานนัก ทฤษฎีที่มาสร้างความกระจ่างและอธิบายธรรมชาติของแม่เหล็กไฟฟ้าได้อย่างลึกซึ้งยิ่งขึ้นไปอีกก็คือ ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ ของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ซึ่งรายละเอียดนั้นจะเล่าให้ฟังครับ ถ้าอยากฟัง 55555
- 28
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
