پرتوهای الکترومغناطیسی یا امواج رادیویی چیست و چه کسی آن را کشف کرد؟

پرتوهای الکترومغناطیسی Electromagnetic (برقاطیسی) امواج رادیویی

سال اکتشاف: 1864

این کشف چه می‌گوید؟

تمام امواج انرژی الکتریکی و مغناطیسی بخشی از طیف الکترومغناطیسی است و از قواعد ساده ریاضی پیروی می‌کند.

چه کسی آن را کشف کرد؟

جیمز کلرک مکسول James Clerk Maxwell

در طول قرن نوزدهم، مردم فکر می‌کردند الکتریسیته، نیروی مغناطیسی و نور سه عنصر جدا هستند و به یکدیگر ربطی ندارند. بعد مکسول کشف کرد که همه آن‌ها یکی و شکلهایی از پرتوهای الکترومغناطیس هستند. اینکه این کشف بسیار مهم بود، اغلب آن را بزرگ‌ترین کشف فیزیکی در قرن نوزدهم می‌خوانند. مکسول برای پرتوهای الکترومغناطیس آن کاری را انجام داد که نیوتون برای جاذبه انجام داده بود و به علم ابزاری ریاضی داد.

مکسول انرژی مغناطیسی و الکتریکی را یکی کرد واژه پرتوی الکترومغناطیسی را ابداع و چهار معادله ساده‌ای را که بر رفتارهای میدان‌های مغناطیسی و الکتریکی حاکم هستند کشف کرد. مکسول در همان حال که این معادلات را کامل می‌کرد، کشف کرد که نور بخشی از طیف الکترومغناطیسی است و وجود امواج رادیوییِ اشعهٔ ایکس و اشعهٔ گاما را هم پیش‌بینی کرد.

جیمز کلرک در ۱۸۳۱ در ادینبورگ اسکاتلند متولد شد. خانواده او بعداً مکسول را به نام خانوادگی‌اشان افزود. جیمز در دانشگاه پیشرفت زیادی در ریاضیات داشت و بعدها استاد ریاضی و فیزیک شد.

مکسول در مقام ریاضی‌دان درصدد کاوش کائنات و جهان بود و سعی داشت همه چیز را با معادلات ریاضی توضیح دهد. او حلقه‌های مشتری را اولین موضوع تحقیقش قرار داد و از ریاضیات استفاده کرد تا ثابت کند که این حلقه‌ها صفحه‌های یکپارچه از مواد جامد نیستند و از گاز هم تشکیل نشده‌اند. معادلات او نشان داد که این حلقه‌ها می‌باید از بی‌نهایت ذرات کوچک جامع تشکیل شده باشند.

سپس مکسول توجه خود را به گازها معطوف کرد و رابطه ریاضی را که بر حرکت سریع ذرات گاز حاکم بود مورد مطالعه قرار داد. نتایجی که او به دست آورد راه علم را برای مطالعه رابطهٔ میان گرما (حرارت) و حرکت گازها کاملاً تغییر داد.

او در 1860 با همکاری فارادی توجه خود را معطوف به تحقیقات الکتریکی کرد. فارادی موتوری الکتریکی اختراع کرده بود که از گردش صفحه‌ای فلزی در میدان مغناطیسی، جریان الکتریکی به وجود می‌آورد و تغییر جریان الکتریکی باعث تغییر میدان مغناطیسی در حرکت فیزیکی می‌شد.

مکسول تصمیم گرفت که از راه ریاضی به تحقیق در رابطه میان الکتریسیته و مغناطیس و خطوط نیروی الکتریکی و مغناطیسی که فارادی کشف کرده بود بپردازد. در سال ۱۸۶۴ او چهار معادله وضع کرد که رفتار میدان‌های مغناطیسی و الکتریکی و ماهیت به هم پیوستهٔ آن‌ها را شرح می‌داد. تغییر میدان‌های الکتریکی باعث به وجود آمدن میدان مغناطیسی و برعکس می‌شد.

این دو نوع انرژی کاملاً به هم مربوط بودند. مکسول متوجه شد که الکتریسیته و نیروی مغناطیسی دو روی یک انرژی هستند و آن را انرژی الکترومغناطیس نامید. هنگامی که این معادلات را منتشر کرد دنیای علم فوراً ارزش و معنای آن‌ها را دریافت کرد.

او سرعت حرکت امواج الکترومغناطیسی را محاسبه کرد و بهترین محاسبهٔ سرعت نور را در دوران خود انجام داد. او متوجه شد که نور هم نوع دیگری از پرتوی الکترومغناطیسی است. مکسول وجود اشعهٔ ایکس را پیش‌بینی کرد. ویلهلم رونتگن در ۱۸۹۶ توانست این اشعه را کشف کند. هاینریش هرتز با استفاده از آزمایش‌های مکسول و معادلات او نخستین امواج رادیویی را پیدا کرد و تشخیص داد. معادلات مکسول و پیشگویی‌های او همه به وقوع پیوست.

ستاره‌شناس‌ها به این نتیجه رسیده‌اند امواج رادیویی بهترین وسیله برای ارتباط با موجودات هوشمند ستارگان دیگر است. در جستجو برای یافتن موجودات هوشمند، ستاره‌شناسان از رایانه‌های جدید استفاده می‌کنند تا تفاوت میان علامت (پیام احتمالی) و «صدا» (صدای ثابت) را تشخیص دهند.