| Indeks
|
|
|
| Źródło
|
|
|
|
Leon Lederman,
Dick Teresi
BOSKA CZĄSTKA
Jeśli Wszechświat jest odpowiedzią, jak brzmi pytanie?
Przełożyła Elżbieta
Kołodziej-Józefowicz
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| Z prędkością światła |
|
|
| Z prędkością światła
|
|
|
| eśli pierwsza zagrywka wyglądała tak: Oersted do Ampère'a do Faradaya, następna przedstawia się następująco: Faraday do Maxwella do Hertza. Choć wynalazca Faraday zmienił oblicze świata, to interpretacje, jakie proponował, nie miały same w sobie zbyt wielkiej wartości i utknęłyby w jakimś ślepym zaułku, gdyby nie synteza, którą stworzył Maxwell. Faraday dostarczył Maxwellowi na wpół wyartykułowane (to znaczy: nie wyrażone matematycznie) intuicje. Relacja łącząca Faradaya z Maxwellem przypomina tę między Keplerem i Brahem. Linie sił pola magnetycznego, o których mówił Faraday, stanowiły odskocznię do pojęcia pola siły, a jego nadzwyczajna uwaga wyrażona w roku 1832, że oddziaływanie elektromagnetyczne nie przenosi się w sposób natychmiastowy, lecz wymaga wyraźnie określonego czasu, odegrała bardzo ważną rolę w wielkim odkryciu Maxwella.
|
| Sam Maxwell dużą część zasługi przypisywał Faradayowi, podziwiał nawet jego analfabetyzm matematyczny, gdyż dzięki niemu wyrażał on swe idee w „naturalnym, nietechnicznym języku”. Maxwell twierdził, że kierował się głównie chęcią przetłumaczenia poglądów Faradaya dotyczących elektryczności i magnetyzmu na język matematyki. Ale traktat, który powstał, wykraczał daleko poza Faradaya.
|
| Ukazujące się w latach 1860–1865 publikacje Maxwella – wzorce zawiesistej, trudnej, skomplikowanej matematyki (fuj!) – stanowiły zwieńczenie elektrycznego okresu w historii nauki, który rozpoczął się w zamierzchłych czasach znalezieniem bursztynu i magnetytu. W tej ostatecznej formie Maxwell nie tylko dał Faradayowi matematyczny podkład muzyczny (co prawda był to podkład atonalny), ale przy okazji udowodnił istnienie fal elektromagnetycznych, przemieszczających się w przestrzeni ze skończoną prędkością (zgodnie z przewidywaniem Faradaya). Miało to wielkie znaczenie, gdyż wielu współczesnych Faradayowi i Maxwellowi uważało, że siły przekazywane są natychmiastowo. Maxwell określił, jak miałoby działać faradayowskie pole. Faraday wykazał eksperymentalnie, że zmienne pole magnetyczne wytwarza pole elektryczne. Poszukując symetrii i wzajemnej zgodności w równaniach, Maxwell zaproponował sytuację odwrotną: zmienne pole elektryczne wytwarza pole magnetyczne. W ten sposób eksplodowały w równaniach – w notesie Maxwella – pola elektryczne i magnetyczne o zmiennych natężeniach, które – wciąż na papierze – wyruszyły w przestrzeń, oddalając się od swych źródeł z prędkością zależną od rozmaitych wielkości elektrycznych i magnetycznych.
|
| W równaniach tych tkwiła pewna niespodzianka. Była w nich ukryta faktyczna prędkość rozprzestrzeniania się fal elektromagnetycznych, której nie przewidywał Faraday. Podanie tej prędkości było jedną z poważniejszych zasług Maxwella. Ślęczał długo nad swymi równaniami i po podstawieniu rozmaitych eksperymentalnych danych wyszło mu, że prędkość ta wynosi 3 × 108 m/s. Gor luv a duck! – zawołał, albo coś innego, co wołają zaskoczeni Szkoci, bo 3 × 108 m/s to prędkość, z jaką rozchodzi się światło (prędkość tę po raz pierwszy zmierzono parę lat wcześniej). Jak dowiedzieliśmy się od Newtona przy okazji rozpatrywania zagadki dwóch rodzajów mas, w nauce niewiele jest prawdziwych zbiegów okoliczności. Maxwell stwierdził, że światło jest po prostu jedną z postaci fali elektromagnetycznej. Elektryczność nie musi być uwięziona w przewodach; może rozchodzić się w przestrzeni tak jak światło. „Nie możemy nie wyciągnąć wniosku – pisał Maxwell – że światło składa się z fal poprzecznych tego samego ośrodka, który jest przyczyną zjawisk elektrycznych i magnetycznych”. Maxwell zasugerował możliwość doświadczalnego zweryfikowania tej teorii poprzez wytworzenie fal elektromagnetycznych. Pomysł ten pochwycił Heinrich Hertz. Wielka grupa wynalazców – wśród nich znalazł się Guglielmo Marconi – zajęła się tworzeniem drugiej „fali” elektromagnetycznej technologii. Jej owocami są: radio, radar, telewizja, mikrofale i laserowa komunikacja.
|
| Oto na czym rzecz polega: rozważmy elektron w stanie spoczynku. Z powodu ładunku elektrycznego, którym jest obdarzony, zewsząd otacza go pole elektryczne. Jest ono silniejsze w pobliżu elektronu, a słabsze w oddali. Pole elektryczne „wskazuje”, gdzie tkwi elektron. Skąd wiemy o istnieniu tego pola? To proste: umieśćmy dodatni ładunek elektryczny gdziekolwiek w przestrzeni, a odczuje on siłę przyciągającą go do elektronu. Zmuśmy teraz elektron do poruszania się w przewodzie. Wydarzą się dwie rzeczy. Pole elektryczne wokół niego zmieni się nie natychmiast, lecz wtedy, gdy tylko informacja o ruchu dotrze do punktu w przestrzeni, w którym dokonujemy pomiaru. Ponadto poruszający się ładunek tworzy przecież prąd elektryczny, powstanie więc pole magnetyczne.
|
| Teraz przyłóżmy do elektronu (i jego licznych towarzyszy) siłę w ten sposób, aby regularnie podskakiwał w przewodzie w górę i w dół. Powstałe zmiany pola elektrycznego rozprzestrzeniają się ze skończoną prędkością – z prędkością światła. To właśnie jest fala elektromagnetyczna. Przewód, w którym drgają elektrony, często nazywa się anteną, a siłę, która je napędza – sygnałem częstotliwości radiowej. W ten sposób sygnał zawierający dowolną informację rozchodzi się z prędkością światła. Gdy dociera do drugiej anteny, znajduje tam mnóstwo elektronów; zmusza je do drgań, wywołując oscylujący prąd, który można wykryć i przetworzyć na informacje wizualne czy akustyczne.
|
| Pomimo tego monumentalnego odkrycia, Maxwell nie zrobił błyskotliwej kariery. Zobaczmy, co niektórzy krytycy mieli do powiedzenia o traktacie Maxwella:
„Z lekka obrzydliwa koncepcja” – sir Richard Glazebrook.
„Zakłopotanie, a nawet podejrzliwość przemieszane są z podziwem...” – Henri Poincaré .
„Nie przyjął się w Niemczech i pozostał prawie zupełnie bez echa” – Max Planck.
„Mogę o tym powiedzieć jedno [o elektromagnetycznej teorii światła]. Myślę, że jest nie do przyjęcia” – lord Kelvin.
|
| Trudno zostać supergwiazdą z takimi recenzjami. Trzeba było eksperymentatora, by uczynić z Maxwella legendę, ale już nie za jego życia, gdyż umarł mniej więcej o dziesięć lat za wcześnie.
|
|
| |
|
