W.2.  Interesujące fragmenty historii
          związane z równaniami Maxwella

      Obecnie, dzięki nowoczesnej technologii, mamy możliwość natychmiastowego
dostępu do najnowszych informacji takich jak kopie i nowe opracowania dokumentów historycznych. Korzystanie z wyszukiwarek internetowych, używając słów kluczowych, pozwala łatwo sprawdzić czy są dostępne nowsze źródła informacji niż te, z których pochodzi aktualna informacja. Dlatego odwołania w książce do źródeł należy traktować jako aktualne w czasie ukazania się książki i należy sprawdzać czy nie istnieją nowsze, bardziej aktualne opracowania.
      Dokładne życiorysy ludzi, którzy odegrali ważne role w rozwoju nauki, dostarczają informacji nie mniej istotnej dla edukacji niż wiedza o przedmiocie którym się zajmowali. Brak właściwej informacji w programach szkolnych i akademickich o biografiach skutkuje tym, że pozostaje tylko informacja, że Volt to jest ten pan, od nazwiska którego pochodzi jednostka napięcia, a Amper to ten pan, od którego nazwiska pochodzi jednostka prądu. Dobrze, że nazywano nowe jednostki od nazwisk zasłużonych osób bo te nazwiska mogłyby być już zapomniane. Nie wszyscy mieli takie szczęście jak Amper i Volt, od których wzięte jednostki są nadal często używane bo na przykład gilbert[Gb]‒jednostka potencjału magnetycznego „wyszła” z użycia i nie ma okazji spytać, kto to był William Gilbert na cześć którego nazwano jednostkę i który ma większe zasługi dla rozwoju nauki niż inni, o których często mówi się i pisze.
      Na temat równań Maxwella Google i inne wyszukiwarki pokażą nam wiele odnośników, z których trudno wybrać te wartościowe. Prawie każdy autor, który pisze o elektryczności czuje potrzebę napisania we wstępie o historii elektryczności, ograniczając się najczęściej do nazwisk, dat i ogólnej informacji. Dla nas interesujące jest to, czyja działalność badawcza poprzedzająca powstanie równań Maxwella ma istotny związek z tymi równaniami, nie przesądzając czy Maxwell faktycznie z tych informacji korzystał. Słowo „istotny” ma za zadanie zaznaczyć, że chodzi o elementy nowe zmieniające sposób widzenia znanych wtedy zjawisk a nie tylko o stwierdzenia, że tym zjawiskiem już wcześniej ktoś się zajmował. Bardzo dobrą i wyczerpującą informację o większości osób, których nazwiska będziemy wymieniać, znajdziemy na polecanej w poprzedniej książce (Fizyka 2) stronie Uniwersytetu St-Andrews w Szkocji,
firmowanej przez uznanych naukowców Johna J. O'Conora i Edmunda F. Robertsona.

      Postacią, od której należy zacząć historię równań Maxwella, jest wspomniany już
William Gilbert (1544‒1603).
Informację o nim znajdujemy na stronie Wikipedii William Gilbert (astronomer) .
      Jak możemy przeczytać, Gilbert był pierwszym, który stwierdził, że wskazania kompasu nie są powodowane jakimiś abstrakcyjnymi punktami jak gwiazdy czy wyspy, lecz są efektem sąsiedztwa magnesu, jakim jest nasza planeta Ziemia.
      Na wzór sił magnetycznych między magnesami wprowadził pojęcie sił elektrycznych między ładunkami elektrycznymi i zbudował przyrząd do pomiaru ładunku elektrycznego nazwany „versorium”, który był pierwszym elektroskopem – narzędziem do mierzenia elektryczności. Otworzył tym samym drogę do dalszych badań nad elektrycznością.
      Gilbert urodził się rok po śmierci Kopernika (1473‒1543) i był heliocentrystą, co w owym czasie nie przysparzało mu zwolenników.
      Dla czytelników, którzy lubią starodruki, polecam pracę Gilberta (archive) oraz wczesne ujmowanie historii elektryczności (bodleian).
      Na dalszy postęp w badaniach nad elektrycznością trzeba było poczekać ponad 50 lat od śmierci Gilberta, kiedy Otto von Guericke (1602‒1686) zbudował maszynę elektrostatyczną i eksperymenty z elektrycznymi ładunkami statycznymi stały się łatwiejsze. Guericke urodził się rok przed śmiercią Gilberta, ale następny człowiek, który przyczynił się do rozwoju wiedzy o elektryczności urodził się dopiero 12 lat po śmierci Guericke a był nim Charles François de Cisternay du Fay (1698–1739) . Fay wydzielił dwa rodzaje elektrycznego ładunku statycznego, które dzisiaj nazywamy ładunkiem dodatnim oraz ładunkiem ujemnym, chociaż już Gilbert sugerował, że ten ujemny jest efektem braku dodatniego co jest bliższe dzisiejszej wiedzy o roli elektronu. Oczywiście Gilbert nie używał pojęć “dodatni” oraz “ujemny”. I znowu dopiero po śmierci du Faya, bo około roku 1746, wymyślono butelkę lejdejską pozwalającą przechowywać ładunek elektryczny, co pozwoliło na bardziej zaawansowane eksperymentowanie z elektrycznością. Z butelką lejdejska związanych jest kilka nazwisk:
Daniel Gralath, Pieter van Musschenbroeck, Ewald Juergen Georg von Kleist.
Informacje o nich są na stronie Leyden jar . Interesujące są ich związki z Polską,
które podkreślone są na polskiej wersji (Butelka lejdejska).
      Przy pomocy butelki lejdejskiej i maszyny elektrostatycznej wykonywano wiele eksperymentów, ale nie poszerzały one wiedzy o elektryczności.
      W roku 1784 Charles Augustin de Coulomb (1736–1806) sformułował prawo Coulomba, którego wpływ na powstanie równań Maxwella nie jest widoczny w równaniach. Możemy go dostrzec w rozwiązaniach.
      Szybki rozwój wiedzy o elektryczności związany był z Allesandro Volta (1745–1827), który urodził się, gdy powstała już butelka lejdejska. Upłynęło ponad 50 lat gdy około roku 1800 powstał tak zwany stos Volty zapewniający stałe źródło napięcia i tym samym stałe źródło prądu. Od tego momentu kolejne odkrycia pojawiały się względnie szybko.
      Najpierw Hans Christian Oersted (1777–1851) w roku 1820 odkrył związek prądu elektrycznego z polem magnetycznym.
      W bardzo krótkim czasie po odkryciu Oersteda, francuski matematyk
André-Marie Ampère (1775–1836) sformułował matematyczne prawa opisujące związki prądu elektrycznego z polem magnetycznym.
      Szczegółową informację na temat tych odkryć znajdujemy w artykule I.S. Szapiro – “On the history of the discovery of the Maxwell equations” -(SOVIET PHYSICS USPEKHI, VOLUME 15, NUMBER 5, MARCH–APRIL 1973). Polskie tłumaczenie artykułu Szapiro było zamieszczone w Postępach Fizyki (Tom 34-Zeszyt 1- 1983).
      Ostatnim, który ze swoim prawem indukcji. przyczynił się do sformułowania równań Maxwella, był Michael Faraday (1791–1869).
      Należy zaznaczyć, że do powstania równań Maxwella niezbędny był odpowiedni rozwój aparatu matematycznego w postaci rachunku różniczkowego i pochodnych cząstkowych, z którym wiążą się takie nazwiska jak: Isaac Newton (1643–1727), Gottfried Wilhelm Leibniz (1646–1713), Joseph Louis Lagrange (1736–1813),
Carl Friedrich Gauss (1777–1855), William Rowan Hamilton (1805–1865).
      Sytuację po ogłoszeniu równań Maxwella dobrze przedstawia esej prof. Freemana Dysona – „Why is Maxwell's Theory so hard to understand” dostępny tutaj
. Jak zauważa prof. Dyson znacząca rola, jaką odgrywają równania Maxwella dla współczesnych Maxwellowi, nie była oczywista. Teoria elektromagnetyzmu ogłoszona przez Maxwella była ignorowana ponad dwadzieścia lat. Do śmierci Maxwella w 1879 niewiele osób ją rozumiało. Przyczyną tego były w dużym stopniu skomplikowane rachunki stosowane przez Maxwella.
Josiah Willard Gibbs (1839–1903) oraz Oliver Heaviside (1850–1925) dobrze rozumieli teorię Maxwella oraz znaczenie tej teorii dla nauki. Obaj niezależnie od siebie zaproponowali zastosowanie rachunku wektorowego do zapisu teorii Maxwella, przez co cała teoria Maxwella pozwalała zapisać się przy pomocy kilku równań i tym samym stała się bardziej zrozumiała. Swoje wzory Heaviside opublikował w roku 1884, a więc po śmierci Maxwella i tym samym Maxwell nie mógł zobaczyć początku wielkiego uznania swojej teorii. Maxwell próbował bez powodzenia zapisać swoją teorię przy pomocy quaternionów, które należy uznać za “ślepą uliczkę” poprzedzająca zapis wektorowy.
      Powstawanie zapisu wektorowego dobrze opisuje Michael J. Crowe w publikacji
A History of Vector Analysis.
      W tym miejscu jest okazja aby zwrócić uwagę na osobę Heaviside'a. Po opublikowaniu swoich równań sugerowano mu, aby w odróżnieniu od równań Maxwella nazwał swoje równania równaniami Heaviside'a, czemu on zdecydowanie się sprzeciwił i prosił, aby jego równania nazywać równaniami Maxwella, ponieważ opisują dokładnie to samo. Świadczy to nie tylko o skromności Heaviside'a, ale też o jego dużym szacunku dla Maxwella.
      W rzeczywistości równania Heaviside'a różnią się od równań Maxwella. W oryginalnych równaniach Maxwella, których było 20, możemy dopatrzeć się obecności prawa Ohma (Georg Ohm 1789–1854), które Maxwell musiał znać i należałoby między osobami Ampera i Faradaya wymienić osobę Ohma. W wersji Heaviside'a równań Maxwella nie da się wskazać związku prawa Ohma z równaniami Maxwella, ponieważ występuje bezpośrednio prąd w miejscu, gdzie u Maxwella występuje pole elektryczne i przewodność. To sprawia, że wersja Heaviside'a rozszerza obszar stosowania równań Maxwella do układów zawierających nadprzewodniki.
      W niektórych publikacjach Heaviside jest przedstawiany jako inżynier i samouk,
co można odbierać jako próbę umniejszania jego osiągnięć, które są znaczące.
Prawdą jest, że nie potrafił wykorzystać tych osiągnięć do zapewnienia sobie i rodzinie bogactwa, a wykorzystywali to inni, czego najlepszym przykładem jest tak zwana pupinizacja linii telefonicznych.
      Polecam bardzo starannie opracowaną książkę o Heaviside, którą napisał Paul J. Nahin pod tytułem “Oliver Heaviside: The Life, Work, and Times of an Electrical Genius of the Victorian Age”.
      Na zakończenie fragmentów historii związanych z równaniami Maxwella właściwe jest przypomnienie poprawnego nazwiska osoby związanej ze znanym rozwiązaniem opartym na cechowaniu Lorenza, a nie Lorentza jak ignorując staranność piszą niektórzy.
Autorem cechowania jest Ludwig Valentin Lorenz .
Jak bardzo lekceważona była w tym wypadku staranność można przeczytać tutaj .