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가장 중요한 과학적 발견
빛의 전자기 이론. 과학적 발견의 역사와 본질
"내 시간에 뉴턴 빛이 가장 작은 입자로 구성되어 있으며 그 움직임의 속도는 거의 무한하다고 확신했습니다. - 문제의 배경에서 T. Regge는 말합니다. - 그의 동시대 호이겐스, 반대로 공기 또는 모든 물질 매체에서 소리가 전파되는 과정과 유사한 빛 전파의 파동 메커니즘의 지지자였습니다. 뉴턴의 명백한 권위는 호이겐스의 가설의 인정을 허용하지 않았다. 1700년에 Jung, Fresnel 및 몇몇 다른 과학자들은 Newton의 생각으로는 이해할 수 없는 광학 현상을 연구하기 시작했습니다. 이러한 현상은 빛의 파동성을 직접적으로 나타냅니다. 역설적이게도 이러한 현상 중에는 사진 작가에게 잘 알려진 뉴턴의 고리가 있으며 투명 필름이 유리판 사이에 놓일 때 발생합니다. 일부 곤충의 밝은 색상은 곤충의 몸체 표면에 위치한 얇은 액정층에서 발생하는 광파 간섭의 복잡한 과정의 결과로 발생하기도 합니다. 그러나 XNUMX세기 후반 빛의 파동역학 이론이 명백히 성공했음에도 불구하고 두 가지 이유로 의문이 제기되었습니다. 하나 - 실험 패러데이자기장이 빛에 미치는 영향을 발견한 사람. 다른 하나는 전기와 자기 현상의 연결에 대한 연구로, Maxwell. Kudryavtsev는 "빛의 전자기적 특성의 발견은 내용과 형태의 발전에 대한 변증법을 보여주는 훌륭한 예입니다. "라고 썼습니다. "새로운 내용인 전자기파는 데카르트 소용돌이의 오래된 형태로 표현되었습니다. 전자기학의 발달로 나타난 새로운 내용, 장거리 작용 이론의 구식뿐만 아니라 에테르의 역학 이론 사이의 불일치는 이미 그것을 찾고 있던 패러데이가 느끼고 있었다. 이 내용을 표현하는 새로운 형식. 그는 정적으로가 아니라 동적으로 간주되어야하는 힘의 선에서 그러한 형태를 보았습니다. 이 아이디어의 발전은 그의 작품 "광선 진동에 대한 생각"(1846)과 "자기력의 물리적 선에 대해"(1851)에 전념합니다. 1845년 패러데이가 자기와 빛 사이의 연결을 발견한 것은 빛 이론의 새로운 내용이었으며 동시에 빛 진동의 엄격한 횡단 특성을 다시 한 번 지적했습니다. 이 모든 것이 오래된 형태의 기계적 에테르에는 적합하지 않습니다." 패러데이는 횡진동이 발생하는 힘의 선에 대한 아이디어를 제시합니다. .) 복사의 기초로 간주되며 그와 관련된 현상은 입자와 결과적으로 물질 덩어리를 하나의 전체로 연결하는 힘의 선. 이 아이디어가 인정된다면 다른 관점에서 볼 때 이러한 진동이 일어나는 매체인 에테르로부터 우리를 자유롭게 할 것입니다. 과학자는 힘의 선에서 발생하는 진동이 기계적 과정이 아니라 새로운 형태의 운동, 즉 "어떤 더 높은 유형의 진동"이라고 지적합니다. 이러한 변동은 가로지르기 때문에 "극화의 다양한 현상을 설명할 수 있습니다." 그들은 액체와 기체의 세로 음파와 다릅니다. 그의 이론은 "에테르를 제거하려고 시도하지만 진동을 제거하지는 않는다"고 그는 말합니다. 이러한 자기 진동은 유한한 속도로 전파됩니다. "... 힘의 한쪽 끝에서 변화의 출현은 다른 쪽 끝에서 후속 변화를 암시합니다. 빛의 전파, 따라서 아마도 모든 복사 작용의 전파는 시간이 걸리며 선의 진동을 위해 복사의 현상을 설명하기 위해서는 그러한 진동에도 시간이 걸릴 필요가 있다." 새로운 형태에 대한 탐색으로 과학자는 빛처럼 유한한 속도로 전파되는 횡자기 진동에 대한 중요한 아이디어를 개발하게 되었습니다. 그러나 이것은 빛의 전자기 이론의 핵심 아이디어입니다. 이 아이디어는 1832년에 일어났습니다. Maxwell은 W. Bragg에게 보내는 메모에서 다음과 같이 말했습니다. ""Thoughts on Radial Vibrations"(1846년 1865월) 또는 "Experimental Investigations"에서 그(Faraday)가 제안한 빛의 전자기 이론은 본질적으로 내가 이 책에서 발전시키기 시작한 것과 동일합니다. 기사("Dynamic Field Theory"(1846년 XNUMX월)), XNUMX년에 전파 속도를 계산하기 위한 데이터가 없다는 점을 제외하고." 그러나 그러한 인식은 James Maxwell의 전자기장 연구의 장점을 과소 평가하지 않습니다. 제임스 맥스웰(1831~1879)은 에든버러에서 태어났다. 소년이 태어난 직후, 그의 부모는 그를 그들의 소유지인 Glenlar로 데려갔습니다. 처음에는 선생님들을 집에 초대했습니다. 그런 다음 James를 Edinburgh Academy라는 큰 이름을 가진 새 학교에 보내기로 결정했습니다. Maxwell은 아카데미를 가장 먼저 졸업한 사람 중 한 명이었고 Edinburgh University의 문이 그 앞에 열렸습니다. Maxwell은 학생 시절 탄력 이론에 대한 진지한 연구를 수행했으며 이는 전문가들에게 높이 평가되었습니다. 그리고 이제 그는 케임브리지에서 더 공부할 수 있을지에 대한 질문에 직면했습니다. Maxwell의 지식의 양, 그의 지성의 힘, 사고의 독립성은 그가 석방에서 높은 위치를 차지할 수 있게 해주었습니다. 그는 XNUMX 위를 차지했습니다. 젊은 학사는 Cambridge-Trinity College에 교사로 남겨졌습니다. 그러나 그는 과학적인 문제에 대해 걱정했습니다. Maxwell은 1852년에 공부하기 시작한 오래된 취미인 기하학과 색상 문제 외에도 전기에 관심을 갖게 되었습니다. 20년 1854월 1864일, 맥스웰은 톰슨에게 "전기를 공격"하겠다는 의도를 알렸습니다. "공격"의 결과는 전자기장 연구에 전념하는 Maxwell의 세 가지 주요 작품 중 첫 번째 인 "Faraday 's Lines of Force"에세이입니다. "필드"라는 단어는 Thomson에게 보낸 같은 편지에서 처음 등장했지만 Maxwell은 이 편지나 필드 라인에 대한 후속 에세이에서 이 단어를 사용하지 않았습니다. 이 개념은 XNUMX년에 "전자기장의 동적 이론"이라는 저작에서 다시 나타납니다. 그는 자신이 만든 전자기장 이론에 대한 두 가지 주요 저서인 "On Physical Lines of Force"(1861-1862)와 "Dynamical Theory of the Electromagnetic Field"(1864-1865)를 출판합니다. XNUMX년 동안 Maxwell은 역학, 열역학 및 통계 물리학과 함께 고전 이론 물리학의 기초가 된 전자기 현상의 기본 이론의 창시자이자 저명한 과학자로 성장했습니다. "전기와 자기에 관한 논문" - Maxwell의 주요 작업이자 그의 과학적 작업의 정점. 이 책에서 그는 1854년 초부터 시작된 전자기학에 대한 수년간의 연구 결과를 요약했습니다. "논문"의 서문은 1년 1873월 XNUMX일자입니다. XNUMX년 동안 Maxwell은 기본 작업을 수행했습니다! Maxwell의 연구를 통해 그는 전자기파가 자연에 존재해야 하며 공기가 없는 공간에서의 전파 속도는 빛의 속도(초당 300km)와 동일하다는 결론에 도달했습니다. 발생하면 전자기장은 빛의 속도로 공간에서 전파되어 점점 더 큰 부피를 차지합니다. 맥스웰은 빛의 파동은 교류 전류가 흐르는 도선 주위에서 발생하는 파동과 성질이 같다고 주장했습니다. 그들은 길이에서만 서로 다릅니다. 매우 짧은 파장은 가시광선입니다. A.A. Korobko-Stefanov는 "전기장의 변화가 자기 유도 플럭스의 출현을 수반한다는 맥스웰의 가정은 다음 단계로 발전했습니다. 따라서 자기장 주위의 결과적인 교류 전기장은 차례로 교류를 생성합니다. 전기장을 포함하는 자기장, 다시 전기장을 여기시키는 등. 빛의 속도로 전파되는 전기장과 자기장이 빠르게 교대로 전자기장을 형성합니다. 전자기장은 공간에서 한 지점에서 다른 지점으로 전파되어 전자기파를 생성합니다. 각 지점의 전자기장은 전기장과 자기장의 세기를 특징으로 합니다. 전기장과 자기장의 강도는 크기뿐만 아니라 방향으로도 특성화되므로 벡터량입니다. 전계 강도 벡터는 전파 방향에 대해 서로 수직이고 수직입니다." 따라서 전자기파는 횡방향입니다. 전자기파는 전기장과 자기장의 세기가 매우 빠르게 변화하면 발생한다는 맥스웰의 이론에서 따온 것입니다. Maxwell의 아이디어의 타당성은 다음과 같이 경험적으로 입증되었습니다. 하인리히 헤르츠. 14세기 12년대에 Hertz는 길이 3m, 너비 4m의 강당에서 전자기 현상을 연구하기 시작했습니다. 그는 진동기에서 수신기까지의 거리가 12미터 미만이면 전기력 분포의 특성이 쌍극자 필드와 유사하고 거리의 세제곱에 반비례하여 감소한다는 것을 발견했습니다. 그러나 XNUMX미터를 초과하는 거리에서 필드는 훨씬 더 천천히 감소하고 다른 방향에서 동일하지 않습니다. 진동기의 축 방향에서 동작은 축에 수직인 방향보다 훨씬 빠르게 감소하고 XNUMXm 거리에서는 거의 눈에 띄지 않지만 수직 방향에서는 XNUMXm 이상의 거리에 도달합니다. 이 결과는 장거리 이론의 모든 법칙과 모순됩니다. Hertz는 그의 진동기의 파동 영역에 대한 연구를 계속했으며, 이 영역은 나중에 이론적으로 계산되었습니다. 후속 작업에서 Hertz는 유한한 속도로 전파되는 전자기파의 존재를 반박할 수 없이 증명했습니다. Hertz는 1888년 자신의 XNUMX번째 기사에서 "빠른 전기 진동에 대한 나의 실험 결과는 Maxwell의 이론이 다른 모든 전기 역학 이론보다 우위에 있다는 것을 보여주었습니다."라고 썼습니다. 시간의 다른 순간에 이 파동 영역의 필드는 힘선의 그림을 사용하여 Hertz에 의해 묘사되었습니다. Hertz의 이 그림은 모든 전기 교과서에 포함되었습니다. Hertz의 계산은 안테나 복사 이론과 원자 및 분자 복사의 고전 이론의 기초를 형성했습니다. 따라서 연구 과정에서 Hertz는 최종적으로 무조건적으로 Maxwell의 관점으로 전환하여 그의 방정식에 편리한 형식을 부여하고 Maxwell의 이론을 전자기 복사 이론으로 보완했습니다. Hertz는 Maxwell의 이론에 의해 예측된 전자파를 실험적으로 구하여 빛의 파동과 동일성을 보였다. 1889년 Hertz는 제62차 독일 자연주의자 및 의사 회의에서 "빛과 전기의 관계" 보고서를 읽었습니다. 여기서 그는 자신의 실험을 다음과 같이 요약합니다. "이 모든 실험은 원칙적으로 매우 간단하지만 그럼에도 불구하고 가장 중요한 결과를 수반합니다. 전기력이 즉시 공간을 뛰어넘는다고 생각하는 모든 이론을 파괴합니다. 맥스웰 이론의 승리 ... 빛의 본질에 대한 그녀의 견해가 이전에는 얼마나 가능성이 없어 보였지만 이제는 이 견해를 공유하지 않는 것이 매우 어렵습니다. 1890년에 Hertz는 "정지된 물체의 전기역학 기본 방정식"과 "움직이는 물체의 전기역학 기본 방정식"이라는 두 개의 기사를 발표했습니다. 이 기사는 "전기력선"의 전파에 대한 연구를 포함했으며, 본질적으로 맥스웰의 전기장 이론에 대한 정식 설명을 제공했으며, 이는 이후 교과서에 포함되었습니다. 저자: Samin D.K.
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