Sähkömagnetismi

Wikipedia

Tähän artikkeliin tai osioon ei ole merkitty lähteitä tai viitteitä. Voit auttaa Wikipediaa lisäämällä artikkelille asianmukaisia lähteitä. Lähteettömät tiedot voidaan kyseenalaistaa tai poistaa.

Sähkömagnetismi on fysiikan ala, joka käsittelee sähköisiä ja magneettisia ilmiöitä sekä niiden välisiä riippuvuuksia. Klassisen sähkömagnetismin pohjan loi James Clerk Maxwell. Maxwellin yhtälöiden mukaan sähkömagneettisessa kentässä muuttuva magneettikenttä luo muuttuvan sähkökentän, joka vastaavasti synnyttää muuttuvan magneettikentän. Tuloksena on etenevä sähkömagneettinen aaltoliike, kuten näkyvä valo tai ultraviolettisäteily.

[muokkaa] Sähkömagneettisten teorioiden syntyhistoriaa

Tätä artikkelia tai sen osaa on pyydetty parannettavaksi, koska se ei täytä laatuvaatimuksia. Voit auttaa Wikipediaa parantamalla artikkelia. Lisää tietoa saattaa olla keskustelusivulla. Tarkennus: Esseemäinen.

Sähkön, magnetismin ja valon käyttäytymisen lainalaisuuksien selvittäminen lienee tiedemiesten rohkeimpia askeleita tuntemattomaan. Ne ovat myös merkinneet suurinta kumulatiivisen kehityksen alkua luonnon edelleen tutkimisessa ja hyödyntämisessä. Prosessi on ollut huiman nopea: sata vuotta Luigi Galvanin kokeista sammakonjaloilla, ja elektronin massan ja sen varauksen keskinäinen suhde oli jo J.J. Thomsonin tiedossa - William Thomsonin (lordi Kelvin) ja Ernest Rutherfordin vuorostaan rakentaessa jo esimmäisiä malleja atomien rakenteista.

Tämä kehitysprosessi on voimakkaasti aaltoileva ketju maailmankuvien leikkiä - metafyysisiä kuvauksia ja väitteitä luomakunnan ja etenkin sen perusrakenteiden ominaisuuksista. Prosessi käsittää lukuisia virhearvioita, niiden julkisia myöntämisiä ja hypoteesien peruutuksia, oikeita huomioita ja kaikesta huolimatta usein jopa paluuta aiempaan, todellisuudessa väärään teoriaan. Tutkijan rohkeus liikkua yli näkemysrajojen ei ole yksin todistus hänen kyvyistään, vaan myös hänen maailmankuvastaan.

Kiihdytysvaiheen lähtölaukauksen ampui tanskalainen Ørsted ja seuraavan sysäyksen, ranskalaisten panokset, antoivat lähinnä Arago, Ampère, Biot, Fresnel ja Fourier. Kehityksen moottoriksi voidaan nimetä Michael Faradayn, Kelvinin ja James Clerk Maxwellin luovuuden panokset. Einstein arvioi Maxwellin ryhmän tulosta suorastaan vallankumoukseksi, Ludwig Boltzmann taas huudahti niiden äärellä: ”Jumalako nämä on kirjoittanut!” Monet vastaavat arviot herättävät kysymyksen, miten ja miksi juuri tämän brittiryhmän ajatustyö johti heidät näkemään nämä lainalaisuudet - kauan ennen muita.

Tieteen kehityksessä on paljon selittämätöntä, stokastisuutta tai tavanomaista aaltoilua, johon rationaalisuuden nimissä ei yleensä oteta kantaa. Tieteen filosofia voi tulla tässä avuksi. Kuten Faraday ja Maxwell avasivat uuden oven tuntemattomaan, niin myös heidän projektinsa tarkastelu voi avata uuden, metafyysisen ulottuvuuden, joka vuorostaan voi vaikuttaa omaan tulevaan kehitykseemme. Maxwell itse koki tieteen kehityksen historian kaikista oppiaineista mielenkiintoisimmaksi. Miksi siis tällä kertaa juuri britit?

Miksi Laplacen ajan ranskalaisten osuus pysähtyi Ampèreen? Ranska oli vielä 1800-luvun alussa fysiikan johtava maa ja Laplace sen valovoimainen johtava tiedemies, mutta nyt kehitys sammui vuosikymmeniksi. Saksan tiede oli heräämässä ja sähködynamiikan kehitys jopa loisteliasta, mutta myös Saksan fyysikoiden ajatukset alkoivat urautua.

Maxwellin lopullisen teorian julkaisu paljasti entistä suurempia kansallisia eroja. Vielä 20 vuotta tämän jälkeen, 1885, kun Michael Pupin kiersi Amerikan mannerta saadakseen apua Maxwellin yhtälöiden ymmärtämiseen, kukaan ei osannut selittää Maxwellia. Euroopassa Pupin etsi opastusta Cambridgestä, jossa Maxwell oli aiemmin opettanut, mutta turhaan. Maxwellistejä hän ei epäonnekseen tavannut. Jostain syystä kysymys ei kiinnostanut muita brittifyysikoita. Max Planckin myöhemmän arvion mukaan Saksassa ajatus siitä, ettei dynaaminen sähkökenttä lainkaan hyödyntäisi newtonismin mukaista kaukovaikutusta, oli niin outo, että Maxwellin teoriat jäivät kauaksi aikaa saksalaisten ymmärryksen ulkopuolelle, jopa ilman heidän huomiotaan. Lopulta vasta Ludwig Boltzmann Berliinissä kykeni auttamaan Pupinia.

Olisiko ehkä koko sähkökenttäteorioiden kehitysprosessi tuntuvasti viivästynyt ilman kyseisiä brittejä? Tieteen kehitys ei ole itsestäänselvyys eikä useinkaan pakon sanelema. Sähköakun satavuotinen, liki täydellinen kehittymättömyys sitten Edisonin antaa aihetta moiseen kysymykseen. Sähkönkäytön kehityksen historia Faradayn ja Maxwellin panosten jälkeen vuosisadan vaihteessa osoittaa, ettei Maxwellin ryhmän työhön ollut pakottavaa syytä, jota sähköauton kehityksen tarve sen sijaan on viime aikoina jo osoittanut.

Toinen poikkeuksellisuutta osoittava piirre ilmenee tarkkailtaessa Maxwellin ryhmän henkilöhistoriaa. Faraday, tieteen tuhkimo Lontoon slummeista, teki löytönsä vailla mitään korkeampaa koulutusta. Maxwell, skotti, sai koulutuksensa Edinburghissa. Kelvin, irlantilainen, kävi tosin koulunsa Glasgow'ssa, mutta kouliintui merkittävästi kuitenkin skottien maailmankuvan mukaan.

Myös Cambridgen erityistestin 1800-luvun alkupuolella läpäisseiden matemaatikkojen, ”wranglerien”, kokoonpano viittaa alueelliseen jakaumaan. Vain George Green oli englantilainen, loput olivat joko skotteja tai irlantilaisia. Maxwellin teorioita edelleen kehittäneiden oppineiden, ”maxwellistien” tausta on myös poikkeava. Vain Lodge oli englantilainen fyysikko, George FitzGerald ja Joseph Larmor vähäteltyjä irlantilaisia, Heaviside lennätinmies Lontoosta, ja Gibbs juuri syntyneen Yhdysvaltain ensimmäisiä matemaatikoita. Paradoksi on myös se, että vain Heavisidesta tuli Gibbsin vektorimatematiikan markkinoija ja Maxwellin yhtälöiden viimeistelijä. Heinrich Hertz, joka vihdoin vuonna 1888 osoitti kokemusperäisesti Maxwellin teoriat oikeiksi, oli hänkin poikkeus - edustaja saksanjuutalaisesta suvusta, joka halusi ”modernisoitua”.

[muokkaa] Kirjallisuutta

• Karttunen, Hannu: Fysiikka. Tiedettä kaikille. Ursan julkaisuja 89. Helsingissä: Tähtitieteellinen yhdistys Ursa, 2006. ISBN 952-5329-32-1.

• Latvus, Päiviö: Faradayn, Kelvinin ja Maxwellin löytämä uusi todellisuus. Askel mekaanisesta maailmankuvasta dynaamiseen. Sähkömagnetiikan laboratorio Raportti SF18. Espoossa:Teknillinen Korkeakoulu, 1995. ISBN 951-22-2489-5.