Электрмагниттік өріс теориясының пайда болуы және дамуы.
Френелдің көлбеу жарық толқындарының жорамалы физиктер алдына эфир (жарық толқындары таралатын гипотетикалық орта) табиғатына тиісті бірқатар мәселелерді қойды. Френелден кейінгі оптикада осы мәселелер шешімін іздестіруге ерекше көңіл бөлінді. Екі жорамал жасалды: Френель жорамалы және Нейман жорамалы. Эфирдің болатындығы жарықтың корпускулалық теориясының сәтсіздігінен кейін күмәнсіз болды. Жарықтық тербелістер тарайтын орта болуы тиіс еді.
Электрмагниттік процестер ғылымға барынша тереңдеп енді. Механикалық көріністі алмастыратын әлемнің электрмагниттік көрінісінің дәуірі басталды. Максвелл электрмагнит заңдарының іргелі маңызын айқын байқады. Нақ оған жарықтың электрмагниттік теориясын жасай отырып, оптиканы электрмагнетизмге тоғыстырудың сәті түсті.
Джемс Клерк Максвелл атақты шотланд әулетінен шықты. Оның әкесі Джон Клерк Максвелл жан-жақты мәдени қызығушылығы бар, саяхатшы, өнертапқыш, ғалым адам болатын. 1831 жылдың 13 маусымында Максвелдер отбасында болашақ ұлы физик Джемс дүниеге келді. Ол тумасынан жаратылыст зерттеуші болып өсті. Әкесі ұлының әуесқойлығын мадақтап, оны астрономиямен өзі таныстырды, көру түтігі арқылы аспан әлемін бақылауға үйретті. Джемс 10 жасқа толғанда, оны Эдинбург академиясына оқуға берді. Бесінші сыныпқа дейін ол еш қызығусыз оқыды. Осыдан кейін ғана Джемс геометриямен әуестеніп, геометриялық денелер моделдерін мүсіндеді, әрі есептерді шешудің өзіндік әдістерін ойлап тапты. Он бес жасында ол Эдинбург Корольдігі қоғамында сопақша қисықтарды зерттеумен айналысты. 1846 жылы жасөспірім кездегі мақаласымен ол өзінің екі томдық ғылыми мақалалар жинағының негізін қалады. 1847 жылы Максвелл Эдинбург университетіне оқуға түсті. Осы уақытта оның ғылыми қызығушылығы айқындалып, ол физикамен шұғылданды. 1850 жылы ол Эдинбург Корольдігі қоғамында серпімді денелердің тепе-теңдігі туралы баяндама жасады. Осы жылы Максвелл адамзатқа ортақ Ньютон және басқа да белгілі физиктерді тәрбиелеп шығарған атақты Кембридж университеті Тринити-колледжіне ауысты. 1855 жылы ол Эдинбург Корольдігі қоғамына «Түс бойынша тәжірибелер» атты баяндамасын жібереді. Ол жарықтық толқыншаны құрастырып, түстік көру теориясын жасайды. Сол кезде Максвелл бірінші бөлімін 1855 жылы Кембридж философия қоғамында баяндаған «Фарадейлік күштік сызықтар туралы» мемуардағы жұмысын бастады.
1856 жылы Максвелдің әкесі дүниеден өтеді. Осы жылы Максвелл Шотландиядағы Абердин университетінде профессор атағын алады. Ұрпақ сабақтастығына деген қамқорлық пен жаңа қызмет көп уақытты алады. Сонымен қатар Максвелл ғылыммен қарқынды түрде айналысты. 1857 жылы ол Фарадейге өзінің «Фарадейлік күштік сызықтар туралы» атты мемуарын жіберіп, бұл Фарадейді қатты толғандырады. Ол Максвелге – «Сіздің жұмысыңыз ұнады және маған өз көмегін берді» деп жазады. Фарадей қателеспеген екен: Максвелл оның идеясына үлкен серпін беріп, ол Фарадей ісін тиісінше аяқтады.
Эйнштейн механикадағы Галилей мен Ньютон есімдерін электрлік туралы ғылымдағы Фарадей мен Максвелл есімдерімен салыстырады. Шынында да, мұндағы аналогия орынды. Галилей мехниканың негізін салса, Ньютон оны аяқтады. Фарадей электрлік пен магниттік құбылыстарды зерттеуге жаңаша қадам жасады. Максвелл математикалық аяқтьалу идеясын берді. Ол Фарадейде болмаған нақты «электрмагниттік өріс» терминін енгізіп, осы өрістің математикалық заңдарын қалыптастырды. Галилей мен Ньютон әлемнің механикалық бейнесінің негізін, Фарадей мен Максвелл – әлемнің электрмагниттік бейнесінің негізін салды.
1871 жылы маңызды өзгеріс орын алды. ХVІІІ ғасырдағы атақты ғалым Генри Кавендиштің бабасы – герцог Кавендиштің қаражатына Кембридж университетіндегі эксперименттік физика кафедрасы жабдықталып, Кавендиштің болашақ атақты лабораториясының құрылысы басталды. Максвелл Кавендиштің алғашқы профессоры ретінде шақырылды. 1871 жылдың 8 қазанында ол университеттік білімдегі эксперименттік жұмыстар функциялары туралы өзінің инавгуральдік дәрісін оқыды. Дәріс эксперименттік физиканы оқытудағы лабораторияның бүкіл болашақ әрекетінің бағдарламасы болды.
Максвелл Кембридждегі өзінің шығармашылығын жылу бойынша дәріс оқудан бастады. Ол лаборатория құрылысы мен оны ұйымдастыру мәселелеріне көп уақытын сарп етті. Ол шетелдердегі лаборатория жасау тәжірибесін зерттеп, өз елінде Томсон лабораториясында – Кларендон лабораториясына болды. Кембридждегі Кавендиш лабораториясы 1874 жылдың 16 маусымында ашылды. Кейін физика ғылымның ірі орталығы болған Кавендиш лабораториясы өзінің алғашқы профессорына көп қарыздар. Максвелл алдында қиын тапсырма – жаңа эксперименттік физика кафедрасын жасақтау міндеті тұрды.
Кавендиш профессры қызметінде Максвелл үлкен ғылыми және педагогикалық жұмыстар атқарды. 1873 жылы оның «Электрлік және магнетизм бойынша трактат» атты негізгі еңбегі жарыққа шықты. Кембридж университетінің мұрағатынан Максвелл Генри Кавендиштің жарияланбаған жұмыстарын, жекелей алғанда, оның Кулонға дейін бірнеше жыл ішінде ашқан электрлік өзараәрекеттестік заңын тапты. Максвелл өз пікірі бар Генри Кавендиш мемуарларын 1879 жылы жариялады. Осы жылы 5 қарашада Максвелл обыр ауруынан көз жұмды.
Максвелл жан-жақты: теоретик, экспериментатор, әрі техник ғалым болды. Бірақ физика тарихында оның есімі Максвелл теориясы немесе максвелдік электрдинамика деп аталатын ол жасаған электрмагниттік өріс теориясымен біріктіріледі. Максвелл электрдинамикасы табиғатты тануды жаңа, жоғары деңгейге көтеріп, сонымен қатар алдыңғы теорияларға қарағанда біршама түсініксіз, абстрактылы болды. Бұл жағдай физиктердің Максвелл теориясын салыстырмалы ұзақ уақыт қабылдай алмауына жол ашып, тек Герц тәжірибелерінен кейін ғана оны мойындай бастады.
ХІХ ғасырдың 60-ыншы жылдарының басында Максвелл өзінің электрлік және магнитизм теориясының негіздерін тауып, жарықтың электрмагниттік құбылыс түрінде болатындығы туралы маңызды тұжырым жасады. Максвелл теория жасалымын жалғастыра отырып, 1864-1865 жж. өзінің «Өрістің динамикалық теориясы» атты еңбегін жариялады. Бұл жұмыстағы Максвелл теориясы аяқталған түрге еніп, Фарадей енгізген ғылыми зерттеудің жаңа нысанына айналады және нақты анықтама алады. Максвелл бойынша «Электрмагниттік өріс – бұл өзі мен электрлік және магниттік күйде болатын денелерді қамтитын кеңістік». Физика тарихындағы электрмагниттік өрістің алғашқы анықтамасы осындай.
Максвелдік теория жеңісіндегі шешуші рөлді неміс физигі Генрих Герц атқарды. Генрих Рудольф Герц 1857 жылдың 22 ақпанында ейін сенатор болған адвокат отбасында дүниеге келді. Біріккен Германиядағы Герц дәуірінде өнеркәсіп, ғылым мен техника қарқынды түрде дамыды. Берлин университетінде Гельмгольц әлемдік ғылыми мектепті жасақтады. Оның басшылығымен физикалық институт тұрғызылды. Сонда Вернер Сименс күшті тоқтар электртехникасы облысында қарқынды түрде жұмыс жасады. Ол Гельмгольцпен бірге Германия жоғарғы метрология мекемесін, Физика-техникалық институтты жасаушы басатамшылардың бірі болды. Неміс ғылымы мен техникасының осы көшбасшыларының ортасына Герц те енді. Герц 1875 жылы гимназияны аяқтаған соң, алдымен Дрезден, ал кейін Мюнхен жоғарғы техникалық училищесінде оқыды. Бірақ ол көп ұзамай, озының жолының – ғылым екендігін түсінді. Ол Берлин университетіне келіп, онда Гельмгольц басшылығымен физиканы зерттеді. Герц Гельмгольцтың сүйікті шәкірті болды. Нақ оған Гельмгольц Максвелдің эксперименттік тұжырымдарын тексеруді тапсырды. Герц Карлсруэдегі Жоғарғы техникалық мектепте болашақ профессор ретінде өзінің әйгілі тәжірибелерін жасай бастап, онда эксперименттік физика профессоры атанды. Герц 1894 жылдың 1 қаңтарында дүниеден озды. Өз шәкіртіне некролог жазған оның ұстазы гельмгольц те осы жылдың 8 қыркүйегінде қайьыс болды.
Герц эксперименттік қондырғы мен өз тәжірибелерін 1878 жылы жарияланған «Өте жылдам электрлік тербелістер туралы» атты мақаласында мазмұндады. Ол электрлік тербелістерді қабылдағыш пен генераторды құрастырды. Тәжірибелер кезінде қабылдағышқа генератордың индукциялық әсері әлсіз ұшқынмен берілді. Герц есептеулері, тіпті барынша қолайлы жағдайлардың өзінде де күтілген әсердің өте төмен болатындығын көрсетті. Ол «тапсырмаларды жасаудан бас тартты». Дегенмен ол оны шешудің мүмкін жолдары туралы ойлануды тоқтатқанша, Герц тапсырманы ұтымды шешу үшін жоғары жиілікті электрлік тербелістердің қажет екендігін дұрыс анықтады.