Hành trình dài đưa đến Hệ phương trình Maxwell - Phần 3

  • James C. Rautio (ieee.org)

Nhưng một vài người có chú ý. Và một trong số họ là Oliver Heaviside. Từng được một người bạn mô tả là “người lập dị số một thế giới”, Heaviside, người gây dựng được một gia sản khổng lồ và bị lãng tai nặng, chưa từng học trường đại học nào. Thay vậy, ông tự học khoa học và toán học cao cấp.

Heaviside mới ở những năm đầu tuổi 20 và làm nhân viên điện báo ở Newcastle, miền đông bắc nước Anh, khi ông có trong tay quyển Chuyên luận 1873 của Maxwell. “Tôi thấy nó hay, hay hơn, và hay nhất,” ông viết. “Tôi quyết định học theo quyển sách và xắn tay vào làm việc.” Năm sau đó, ông bỏ chỗ làm và chuyển đến ở cùng gia đình để học tập Maxwell.

Chính Heaviside, chủ yếu làm việc một mình, là người đưa các phương trình Maxwell vào dạng thức hiện nay của chúng. Mùa hè năm 1884, Heaviside đang nghiên cứu năng lượng dịch chuyển như thế nào từ nơi này sang nơi khác trong một mạch điện. Phải chăng năng lượng, ông tự hỏi, được mang bởi dòng điện trong dây hay được mang trong trường điện từ bao xung quanh nó?

Heaviside tiến tới một kết quả đã được công bố bởi một nhà vật lí người Anh khác, John Henry Poynting. Nhưng ông tiếp tục lấn tới thêm, và trong quá trình làm việc với giải tích vector phức tạp, ông đã thiết lập lại hệ phương trình Maxwell thành bốn phương trình mà chúng ta sử dụng ngày nay.

Hệ phương trình Maxwell

Hệ phương trình Maxwell

Yếu tố chính là loại bỏ thế vector từ kì lạ của Maxwell. “Tôi chẳng có chút tiến bộ nào cho đến khi tôi vứt bỏ toàn bộ các thế ấy,” Heaviside phát biểu sau này. Thay vào đó, dạng thức mới đặt điện trường và từ trường lên trước và vào trung tâm.

Một trong những hệ quả của công trình đó là nó làm bộc lộ sự đối xứng đẹp đẽ trong các phương trình Maxwell. Một trong bốn phương trình mô tả làm thế nào một từ trường biến thiên sinh ra một điện trường (khám phá của Faraday), và phương trình khác thì mô tả làm thế nào một điện trường biến thiên sinh ra một từ trường (dòng điện dịch nổi tiếng do Maxwell bổ sung).

Dạng thức này cũng biểu lộ một bí ẩn. Các điện tích, ví dụ electron và các ion, có các đường sức điện bao xung quanh chúng tỏa ra từ điện tích đó. Nhưng lại không có nguồn của các đường sức từ: Trong vũ trụ đã biết của chúng ta, các đường sức từ luôn luôn khép kín, không có điểm đầu và không có điểm cuối.

Sự bất đối xứng này khiến Heaviside khó nghĩ, cho nên ông bổ sung thêm một số hạng biểu diễn “từ tích”, giả định rằng nó chưa được người ta tìm thấy. Và thật sự nó vẫn chưa được tìm thấy. Các nhà vật lí đã từng tiến hành nhiều tìm kiếm với các từ tích như thế, hay còn gọi là đơn cực từ. Nhưng họ chưa bao giờ tìm thấy.

Tuy nhiên, dòng từ là một thủ thuật hữu ích để giải các bài toán điện từ với một loại hình học nào đó, ví dụ hành trạng của bức xạ truyền qua khe hẹp trên một tấm dẫn điện.

Nếu Heaviside đã cải tiến các phương trình Maxwell đến mức độ này, vậy thì tại sao chúng ta không gọi chúng là hệ phương trình Heaviside? Heaviside đã tự trả lời câu hỏi này vào năm 1893 trong lời nói đầu cho tập thứ nhất của ấn phẩm gồm ba tập của ông, Lí thuyết Điện từ. Ông viết, nếu chúng ta có lí do để “tin rằng ông ta [Maxwell] thừa nhận sự cần thiết phải cải tiến khi đọc tác phẩm này, thì tôi nghĩ lí thuyết cải tiến thu được nên được gọi là lí thuyết Maxwell.”


Theo dòng sự kiện

 

1855

Ra mắt bài báo đầu tiên của Maxwell về các quan sát và lí thuyết của Faraday.

1861 & 1862

Maxwell công bố một bài báo gồm bốn phần. “Về các đường sức”. Nó đưa ra ý tưởng cốt lõi rằng một biến thiên từ thông gởi qua một bề mặt có thể tạo ra một từ trường.

1864

Maxwell trình bày công trình mới trước Hội Hoàng gia London, công bố kết quả vào năm sau đó. Công trình đề xuất rằng điện trường và từ trường có thể truyền trong không gian dưới dạng sóng và bản thân ánh sáng là một sóng như thế.

 


Trần Nghiêm dịch

 

<< Phần 2 | Phần 4 >>

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Extension Thuvienvatly.com cho Chrome

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


Thời gian là gì? (Phần 1)
15/11/2018
Trong phần này chúng ta tìm hiểu thời gian thuộc về cái bản chất (chưa biết) Chúng ta đã thấy những khái niệm cơ bản như
Lược sử các phương pháp đo thời gian (Phần 1)
15/11/2018
Bài của Helen Margollis đăng trên tạp chí Physics World, tháng 11/2018 Vào ngày 1 tháng Mười Một năm 2018, khi bài báo này được
Giải phẫu bóng đèn LED
14/11/2018
Ngay cả bóng đèn phổ biến cũng biểu hiện các bí ẩn khi chúng ta nhìn vào bên trong. Không giống các bóng đèn nóng sáng truyền
Tạm biệt Kepler, thiết bị săn hành tinh thành công nhất
14/11/2018
Bài của Daniel Cossins trên tạp chí New Scientist ngày 10/11/2018 Đã lâu rồi Kepler nhỉ, và cảm ơn vì mọi thế giới ngoại hành
21 bài học cho thế kỉ 21: Việc làm
14/11/2018
VIỆC LÀM Khi bạn trưởng thành, có thể bạn sẽ thất nghiệp Chúng ta chẳng biết thị trường lao động sẽ như thế nào vào
Giải đáp nhanh những câu hỏi lớn – Stephen Hawking (Phần 11)
09/11/2018
Đầu năm 1982, tôi có viết một bài báo đề xuất rằng những khác biệt này phát sinh từ những thăng giáng lượng tử trong
Giải đáp nhanh những câu hỏi lớn – Stephen Hawking (Phần 10)
09/11/2018
Thế nhưng nhiều nhà khoa học không hài lòng với việc vũ trụ có một khởi đầu, bởi dường như nó ẩn ý rằng vật lí học
Giải đáp nhanh những câu hỏi lớn – Stephen Hawking (Phần 9)
09/11/2018
Chương 2 Vũ trụ đã ra đời như thế nào? Hamlet từng nói, “Tôi có thể bị mắc kẹt trong một vỏ hạt, và tôi tự xem mình

Chúng tôi hiện có hơn 60 nghìn tài liệu để bạn tìm

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com