منتديات الشروق أونلاين - الأفكار الثورية لماكسويل في الفيزياء.

الأفكار الثورية لماكسويل في الفيزياء

http://2.bp.blogspot.com/-iX9vImdBZY...rk_Maxwell.PNG

جيمس كلارك ماكسويل

http://www.allaboutcircuits.com/uplo...-equations.jpg

المعادلات الذهبية الأربعة: تلخَّصُ العلاقة بين القوة الكهربائية والقوة المغناطيسية اليوم، بالإضافة للطبيعة الموجية للضوء والإشعاع .

https://upload.wikimedia.org/wikiped...eticwave3D.gif

الموجات الكهرومغناطيسية التي تنبأت بها معادلات ماكسويل واكتشاف أن الضوء عبارة عن موجة كهرومغناطيسية

كان صيفا عاديا حين وُلد العالم جيمس كلارك ماكسويل سنة 1831، لكن أعماله في الفيزياء و الرياضيات لم تكن عادية مطلقا، لقد أحدث رجّة كبرى في العديد من المفاهيم، مما حذا بإنشتاين لوصف أعماله بأنها : "الأكثر عمقا و خصوبة في الفيزياء منذ عصر نيوتن". وكان إينشتاين يعلق صورة ماكسويل على جدار مكتبه، إلى جوار صور مايكل فاراداي ونيوتن. كما يعتبره كثير من الفيزيائيين عالم القرن التاسع عشر الذي كان له الأثر الأكبر في القرن العشرين. كان فضوليا منذ طفولته : كل شيء يتحرك أو يلمع إلا و يثير فيه الرغبة لاكتشافه، و في رسالة لوالده إلى أحد أقربائه (1834) وصف فيها فضوله الفكري المبكر قائلا : "إنه طفل مرح دائم الحركة، تراه حينا منشغلا بالأبواب و حينا بالأقفال و حينا آخر بالمفاتيح... و هو لا يتوقف عن ترديد : اشرح لي كيف يعمل هذا الشيء...".

عُرف أساسا بعمله الجبار لتوحيد الكهرباء، المغناطيسية(*) و التحريض في مجموعة واحدة من المعادلات الأنيقة : معادلات ماكسويل. و قد تم له هذا العمل الذي عجز عنه آخرون بفضل إحداثه تغييرا جذريا في مبرهنة أمبير. لقد كان في عصره النموذج الأكثر توحيدا للكهرومغناطيسية. لم تتوقف عبقريته هنا بل استطاع أن يفسر، في مقال من 4 أجزاء نشر في المجلة الفلسفية، أن الضوء هو عبارة عن ظاهرة كهرومغناطيسية و ذلك بالاعتماد على أعمال ميكايل فاراداي. و في نجاح آخر برهن على أن المجالين الكهربائي و الميغناطيسي ينتشران في الفضاء على شكل موجة بسرعة الضوء.

معادلات ماكسويل (تسمى أيضا معادلات ماكسويل-لورنتز)، هي قوانين أساسية في الفيزياء. و هي تمثل المسلمات الأساس للكهرومغناطيسية، مع إضافة تعبير القوة الكهرومغناطيسية التي ابتكر لورنتز. هذه المعادلات تترجم في شكلها المحلي الكثير من المبرهنات (جاوص، أمبير، فاراداي) التي كانت تستعمل بشكل منفرد قبل أن يوحدها ماكسويل في معادلاته. و بهذا فهي تعطي إطارا رياضيا دقيقا لمفهوم أساسي : المجال، الذي ابتكره فاراداي سنة 1830.
بالإضافة لما سبق فإن هذه المعادلات تبين أنه في نظام ثابت، يكون كل من المجالين الكهربائي و المغناطيسي مستقلا عن الآخر، و ذلك عكس النظام المتغير.

معادلات ماكسويل هي مختصرة في 4 تعبيرات رياضية جميلة :
معادلة ماكسويل - جاوص : تصف كيف تولد شحنات كهربائية مجالا كهربائيا، هذا المجال موجه من الشحنات الموجبة نحو السالبة.
معادلة ماكسويل - طومسون: تقرر أنه لا توجد شحنة مغناطيسية على غرار الشحنة الكهربائية. و لهذا فإن المجال المغناطيسي يُولد بنبيطة ثنائية القطب (مثلا المغناطيس له قطب شمالي و آخر جنوبي).
معادلة ماكسويل - فاراداي : تصف كيف أن تغير المجال المغناطيسي يمكنه أن يُوَلد (يحَرض) مجالا كهربائيا. إنها الطريقة التي تعمل بها أغلب المولدات الكهربائية : حين يدور مغناطيس قرب سلك نحاسي فإنه يولد فيه تيارا كهربائيا محرضا.
معادلة ماكسويل - أمبير: تخبرنا أن المجال المغناطيسي يمكن توليده بطريقتين :
إما عن طريق تيار كهربائي (مبرهنة أمبير) أو عن طريق مجال كهربائي متغير ( و هذا هو عمل ماكسويل).
هذا التصحيح الذي قام به ماكسويل لمبرهنة أمبير له أهمية خاصة ، إنه يدل على أن أي تغير في المجال المغناطيسي يولد مجالا كهربائيا و أن أي تغير في المجال الكهربائي يولد بدوره مجالا مغناطيسيا.
وبالنتيجة فإن هذه المعادلات تسمح بسريان موجات كهرومغناطيسية ذاتية الدفع، أو ما يسمي بالإشعاع الكهرومغناطيسي.
حين أجرى ماكسويل حساباته لمعرفة سرعة هذه الموجات وجد أنها بالضبط تساوي سرعة الضوء ، فهم آنذاك أن الضوء عبارة عن موجة كهرومغناطيسية و بذلك وحد مجالين كان لحد ذلك الوقت منفصلين : الكهرومغناطيسية و البصريات.

عن حوليات الفيزياء - بتصرف -

(*) تعد عملية توحيد ظاهرة الكهرباء والمغناطيسية من طرف ماكسويل عملية التوحيد الثانية بعدما قام نيوتن بتوحيد الميكانيك الأرضي مع السماوي.