Człowiekiem, który połączył w całość wiedzę o elektryczności i magnetyzmie, był James Clerk Maxwell. Ten wybitny fizyk wniósł fundamentalny wkład do wielu dziedzin nauki, na przykład do termodynamiki i do teorii barw. Wykonał pierwszą w dziejach barwną fotografię (szkockiego tartanu, bo był Szkotem), a także wyjaśnił fizyczną naturę jednego z najbardziej zagadkowych obiektów astronomicznych – pierścieni otaczających planetę Saturn.
Elektromagnetyzm Maxwella
Ale bezspornie największym osiągnięciem Maxwella było matematyczne opisanie w postaci układu równań wszystkich zjawisk elektrycznych i magnetycznych oraz ich wzajemnych zależności. Równania Maxwella mają bardzo złożoną postać, nie będę więc próbował ich Państwu tu przedstawiać w szczegółach, bo wymaga to znajomości rachunku różniczkowego (albo całkowego, bo istnieje i taka wersja tych równań), ale dla znawców równania Maxwella są zachwycające. Inna rzecz, że nie były takie ładne od samego początku, bo sam twórca początkowo nie mógł opanować złożoności zjawisk, które próbował objąć jedną teorią, i dochodził do końcowego rozwiązania stopniowo.
Na początku w 1862 r. przedstawił kilka formuł matematycznych wiążących zjawiska elektryczne i magnetyczne, ale nie była to jeszcze kompletna teoria. Uzupełniając swoje prace o kolejne równania opisujące kolejne zjawiska, w 1865 r. Maxwell opisał wreszcie w sposób kompletny prawa rządzące elektrycznością i magnetyzmem (traktowanymi łącznie, co stanowiło istotę odkrycia). Ale ów elektromagnetyzm opisał układem 20 równań z 20 zmiennymi. Opis ten był już całkowicie poprawny z punktu widzenia zgodności matematycznych przewidywań z wynikami wszystkich eksperymentów (także tych dzisiaj przeprowadzanych), ale taka „kolubryna" złożona z 20 równań zniechęcała badaczy i praktyków do jej używania.
Maxwell zaciekle pracował nad ulepszeniem swojej teorii i w 1873 r. przedstawił jej bardziej zwartą i bardziej dojrzałą matematycznie wersję – ale nadal było to aż osiem równań.
Obecną formę równań, która jest podawana we wszystkich podręcznikach fizyki jako równania Maxwella, zaproponował w 1885 r. Oliver Heaviside. Nadał on teorii Maxwella formę układu czterech równań różniczkowych z dwiema niewiadomymi wektorowymi. Właśnie tę wersję równań miałem na myśli, pisząc wyżej, że są one zachwycające. I warto zgłębić matematykę wyższą, żeby się o tym przekonać!
