يعتقد فيزيائيون كثيرون أن جيمس كليرك ماكسويل كان أحد أهم علماء الفيزياء عبر التاريخ، بل إن مكانته ربما تأتي بعد نيوتن وآينشتاين. فإسهاماته تمتد إلى نطاق مذهل من مجالات الفيزياء المختلفة، بدايةً من دراسة الحلقات المحيطة بكوكب زُحل وحتى دراسة سلوك الغازات، وسبر أغوار الديناميكا الحرارية، ووضع النظرية اللونية. إلا أن أعظم إنجازاته على الإطلاق كان وضع المعادلات الأربع التي تشرح الكهرباء والمغناطيسية وتربط بينهما، والتي صارت تُعرف بعد ذلك بمعادلات ماكسويل. قد تبدو تلك المعادلات الأربع بسيطة ظاهريًّا؛ إلا أن الرياضيات التي تقوم عليها بالغة التعقيد.

إن أهم ما حققه ماكسويل على الإطلاق هو توحيد نظرية الكهرباء والمغناطيسية من خلال إثبات أن هاتين الظاهرتين ليستا إلا ظاهرة واحدة – وهي الكهرومغناطيسية – ولكن بوجهين مختلفين إن تلك المعادلات الأربع التي وضعها ماكسويل ليست «قوانينه» أو من ابتكاره. مع استثناء واحدٍ مهم؛ فتلك المعادلات موجودة بالفعل بشكل أو بآخر. لكن إنجاز ماكسويل الفعلي كان جمع المعادلات الأربع معا فيما نطلق عليه نظرية حقل موحد كاملة.

وأول هذه المعادلات هي قانون جاوس للكهربية الذي يفسر العلاقة بين الشحنات الكهربية وشدة المجالات الكهربية التي تولدها وتوزيعها أما المعادلة الثانية، فهي قانون جاوس للمغناطيسية، وهي أبسط المعادلات الأربعة، بالإضافة إلى أنها توضح عدة أشياء في آن واحد؛ حيث توضح تلك المعادلة أنه ما من شيء يُسمى بأحاديات القطب المغناطيسي؛ فالمغناطيس دائمًا ما يكون له قطب شمالي وقطب جنوبي (ونطلق على ذلك ثنائيات القطب) على عكس الكهربية التي تسمح بوجود أحاديات القطب الكهربائي (وأحادي القطب هو إما جسيم موجب الشحنة أو جسيم سالب الشحنة). فإذا كسرتَ قطعة مغناطيس (لدي كثيرٌ منها على ثلاجتي) إلى قطعتين، فسيكون لكل قطعة منها قطب شمالي وقطب جنوبي. وإذا كسرتها إلى 000.10 قطعة، فسيكون لكل قطعة فيها قطب شمالي وقطب جنوبي. فمن المستحيل أن تحصل على قطعة بقطب شمالي في يد وأخرى بقطب جنوبي في اليد الأخرى. ومع ذلك، إذا كسرت جسما يحمل شحنة كهربية النقل موجب الشحنة إلى قطعتين فإن كلا القطعتين يمكن أن تكونا موجبتي الشحنة.

بعد ذلك تتخذ الأمور منحى مثيرًا؛ فالمعادلة الثالثة هي قانون فاراداي الذي يصف كيف تولّد المجالات المغناطيسية المتغيرة مجالات كهربية. بإمكانك أن ترى كيف تُشكّل هذه المعادلة الأساس النظري للمولدات الكهربائية التي سبق أن تحدثت عنها. أما المعادلة الأخيرة، فهي قانون أمبير الذي أجرى عليه ماكسويل تعديلات مهمة. لقد أوضح قانون أمبير الأصلي تولد مجال مغناطيسي من تيار كهربائي. لكن بمجرد أن فرغ أمبير من وضع القانون أضاف إليه ماكسويل تعديلًا، وهو أن المجال الكهربي المتغير يولد مجالا مغناطيسيا.

راح ماكسويل يجرب المعادلات الأربع ويضيف تعديلاته إليها، توقع ماكسويل وجود موجات كهرومغناطيسية تسافر عبر الفراغ. والأهم من ذلك أنه استطاع حساب سرعة تلك الموجات وكانت نتيجة ذلك صادمة، إذ كانت سرعتها تفوق سرعة الضوء. بعبارة أخرى، خلص ماكسويل إلى أن الضوء نفسه لا بد أن يكون شكلًا من أشكال الموجات الكهرومغناطيسية!

كان هؤلاء العلماء – أمبير وفاراداي وماكسويل – يعرفون أنهم على شفا ثورة ستقلب الموازيين فعلى مدار قرن، كان الباحثون يبذلون محاولات جادة من أجل فهم الكهربية، لكن هؤلاء الثلاثة كانوا يتقدمون بثبات نحو التوصل إلى اكتشاف مختلف. أحيانا ما أتعجب كيف كانوا يستطيعون أن يناموا في الليل.

لقد كانت معادلات ماكسويل بمنزلة الإنجاز المكلل لفيزياء القرن التاسع عشر – وكل ما انطوى تحت علم الفيزياء خلال الفترة ما بين عهدي نيوتن وآينشتاين – وذلك بفضل ما جمعته معا في عام 1861. وكحال كل الاكتشافات العميقة، مهدت تلك المعادلات الطريق لمزيد من الجهود الهادفة لتوحيد نظريات علمية أساسية.

ومنذ عهد ماكسويل بذل العلماء جهودًا لا حصر لها في محاولة وضع نظرية واحدة موحدة لقوى الطبيعة الأساسية الأربع الكهرومغناطيسية، والقوة النووية الشديدة، والقوة النووية الضعيفة، وقوى الجاذبية. وقد قضى ألبرت آينشتاين الثلاثين عاما الأخيرة من حياته في محاولة فاشلة للتوحيد بين الكهرومغناطيسية والجاذبية فيما صار يُعرف بنظرية الحقل الموحد.

وما زال السعي مستمرًا للتوحيد. فقد نال عبد السلام، وشيلدون جلاشو، وستيفن واينبرج جائزة نوبل في عام 1979 عن جهودهم لتوحيد الكهرومغناطيسية والقوة النووية الضعيفة فيما يُعرف بالقوة الكهروضعيفة. كما يسعى كثير من الفيزيائيين لتوحيد القوة الكهروضعيفة والقوة النووية الشديدة فيما يعرف بالنظرية الموحدة العظمى، أو يُطلق عليها اختصارًا GUT وبلوغ هذا المستوى من توحيد النظريات سيكون إنجازا مذهلا يضاهي في مستواه إنجاز ماكسويل. وإن استطاع عالم فيزياء، بطريقة ما وفي مكان ما، التوحيد بين الجاذبية والنظرية الموحدة العظمى للحصول على ما يطلق عليها الكثيرون نظرية كل شيء – فسيكون هذا قمة الغايات المنشودة في علم الفيزياء. إن توحيد النظريات حلم كبير.

ولذلك، في محاضرات مادة الكهربية والمغناطيسية، حين نرى أخيرا جميع معادلات ماكسويل بكل عظمتها وبساطتها، فإنني أعرضها على جميع جدران قاعة المحاضرات، ومن ثم أحتفي بذلك الإنجاز عظيم الشأن مع الطلاب بتوزيع الورود عليهم.

مواضيع ذات صلة

The dipole radiator

Radiation

Electromagnetism

ثنائيات الأشعة السينية آلية عملها

انفجار الأشعة السينية المنبعثة من 1–Sco X

أستاذ المناطيد (مناطيد استكشاف الاشعة السينية)

استعادة التلسكوب الخاص باستكشاف الاشعة السينية من وسط الصحراء: جاك صائد حيوانات الكنغر

التحليق عاليا المناطيد.. وكواشف الأشعة السينية.. وعملية الإطلاق

مطاردة الأشعة السينية بالمناطيد.. البداية

ما هي الأشعة السينية؟

أشعة سينية من الفضاء الخارجي

الكهرومغناطيسية تمد يد العون