მოკლედ მაქსველის განტოლებების შესახებ

XIX საუკუნის შუა წლებში, მეცნიერებმა, ელექტრული და მაგნიტური მოვლენების აღმწერი კანონების მთელი რიგი აღმოაჩინეს. კერძოდ: კულონის კანონი (მუხტებს შორის ურთიერთქმედების ძალა), გაუსის თეორემა (გამორიცხავს იზოლირებული მაგნიტური მუხტების არსებობას, ე.წ. მონოპოლებს), ბიო-სავარის კანონი (აღწერს მოძრავი მუხტების მიერ აღძრულ მაგნიტურ ველებს), ფარადეის კანონები ელექტრომაგნიტური ინდუქციის შესახებ (მაგნიტური ველის ნაკადის ცვლილება ელექტრულ ველს წარმოქნის და გამტარებში ელექტრულ დენს აღძრავს).

 კანონთა სწორედ ეს ოთხი ჯგუფი განაზოგადა ჯეიმს კლერკ მაქსველმა (1831–1879. დაიბადა შოტლანდიაში. პირველი მეცნიერული ნაშრომის გამოქვეყნებისას 14 წლის იყო. 48 წლის ასაკში კიბოთი გარდაიცვალა), ისინი ერთ მწყობრ სისტემაში გააერთიანა, რომელიც ელექტრომაგნიტური ველებისა და ელექტრული დენების ნებისმიერ ცვლილებებს ამომწურავი სახით აღწერს.1) უპირველეს ყოვლისა, მაქსველისგან, მკაცრი მათემატიკური აღწერის გამო ვართ დავალებულნი (ფარადეი მის მიერ აღმოჩენილი კანონების მხოლოდ სიტყვიერ ფორმულირებას ახდენდა). 2) მაქსველმა ბევრი პრინციპულად ახალი იდეები წამოაყენა, რომლებიც საწყისი სახის კანონებში არ იყო. 3) მან ყველა ელექტრომაგნიტურ მოვლენებს მკაცრი თეორიული დასაბუთება მისცა. 4) მიღებული სისტემის საფუძველზე, მაქსველმა ბევრი მნიშვნელოვანი რამ იწინასარმეტყველა, ელექტრომაგნიტური გამოსხივების სპექტრის (1) ჩათვლით.

 დავიწყოთ მეორე პუნქტიდან. ბიო-სავარის კანონის თანახმად, ელექტრული დენი, რომელიც სადენში გადის, მის გარშემო მაგნიტურ ველს აღძრავს. დენი, გამტარის ნაცვლად ბრტყელ კონდენსატორში თუ გადის? ელექტრონები კონდენსატორის ერთი ფენიდან მეორეში არ ხტებიან, თუმცა დენი კონდენსატორში მაინც გადის, რადგან ერთ ფენაში მდებარე ელექტრონები მეორეში არსებულ ელექტრონებზე ელქტრული ველით ზემოქმედებენ, არიან რა ერთმანეთთან ახლო დისტანციაზე და ურთიერთგანზიდვის გამო ერთმანეთს ცვლადი ელექტრული ველის (მუდმივი დენი კონდენსატორში მხოლოდ წრედის ჩართვის ან გამორთვის დროს გადის) რხევებს (ე.წ. ოსცილაციებს) გადასცემენ და აიძულებენ თითქოსდა გაწყვეტილ ელექტრულ წრედში იმოძრაონ.

 მაქსველი მიხვდა, რომ ამპერის კანონი ამ შემთხვევაში დენის გავლას ვერ ხსნიდა. მუხტები კონდენსატორის ერთი ფირფიტიდან მეორეზე არ გადადიან, თუმცა დენის ძალა მაინც იზრდება. აქედან გამომდინარე, მან იწინასწარმეტყველა, რომ ელექტრომაგნიტურ მოვლენათა სამყაროში ცვლადი ელექტრული ველი მაგნიტურის წარმოქმნაში იგივე როლს თამაშობს, როგორსაც ელექტრული დენი გამტარებში. მაქსველმა პრინციპულად ახალი ცნება შემოიღო – წანაცვლების დენი (ელექტრული ველის ინდუქციის ცვლილების სიჩქარის პროპორციული სიდიდე), განზოგადოებულ ამპერისეულ კანონში, ცალკეული დამატების ჩასმით – მაქსველის პირველი განტოლება. აქედან დაწყებული, წანაცვლების დენების არსებობა ექსპერიმენტული მონაცემებით უპირობოდ დასტურდებოდა.
 შეიტანა რა უმნიშვნელოვანესი დამატება ოთხი განტოლებიდან პირველში, მაქსველმა მის მიერ შედგენილ განტოლებათა სისტემის საფუძველზე, სუფთად მათემატიკურად, იმ დროისათვის ფანტასტიკური ვარაუდი მიიღო: ბუნებაში უნდა არსებობდეს ელექტრომაგნიტური ტალღები, რომლებიც ცვლადი ელექტრული და მაგნიტური ველების ურთიერთქმედებით ჩნდება და მათი გავრცელების სიჩქარე მუხტებსა თუ მაგნიტებს შორის არსებული ძალების პროპორციული უნდა ყოფილიყო. მის მიერ შედგენილი დიფერნციული ტალღური განტოლების ამოხსნის მერე, მაქსველმა აღმოაჩინა, რომ ელექტრომაგნიტური ველის გავრცელების სიჩქარე, იმ დორისათვის უკვე ექსპერიმენტულად დადგენილ, სინათლის სიჩქარეს უტოლდებოდა. ანუ, ყველასთვის ასე კარგად ცნობილი მოვლენა, როგორიც სინათლეა, ელექტრომაგნიტურ ტალღას წარმოადგენს! უფრო მეტიც, მაქსველმა ელექტრომაგნიტური გამოსხივების მთელი სპექტრი იწინასწარმეტყველა – მიკროტალღებიდან დაწყებული, გამა-სხივების ჩათვლით. ამგვარად, ელექტრობისა და მაგნეტიზმის დეტალური თეორიული კვლევით გაკეთდა აღმოჩენები, რომლებმაც კაცობრიობას უამრავი სიკეთე მოუტანა – მიკროტალღური ღუმელებიდან დაწყებული, რენტგენის მოწყობილობებით დამთავრებული სტომატოლოგიურ კლინიკები (დაწვრილებით მაქსველის განტოლებები. wikipedia.org-ზე).