Majkl Faradej, sin kovača iz Jorkšira, rođen je u južnom Londonu 1791. godine. Obrazovao se samostalno, jer je školu napustio sa četrnaest godina kako bi postao šegrt u knjigoveznici. Svoj proboj u svet profesionalne nauke zamislio je nakon što je 1811. u Londonu prisustvovao predavanju ser Hamfrija Dejvija, naučnika iz Kornvola. Faradej je Dejviju poslao pažljivo sastavljene beleške sa tog predavanja. Dejvija su te beleške toliko impresionirale da ga je postavio za svog naučnog asistenta. Faradej je bio na putu da postane div nauke 19. veka, nadaleko poznat kao jedan od najvećih eksperimentalnih fizičara svih vremena. Dejvi je, tako se pričalo, imao običaj da kaže kako je Faradej bio njegovo najveće naučno otkriće.
Naučnicima 20. veka teško je da bez ljubomore gledaju na početak 19. veka. Faradej nije morao da sarađuje sa hiljadama drugih naučnika i inženjera u Cern-u niti je morao da lansira teleskop veličine autobusa u visoku orbitu oko Zemlje ne bi li došao do važnih naučnih spoznaja. Njegov Cern komotno je mogao da stane na običan sto i pomoću takve aparature zapažao je stvari koje su urušile koncept apsolutnog vremena. Doseg nauke sigurno se menjao tokom vekova, delom zbog toga što su već veoma detaljno proučene one oblasti koje ne zahtevaju tehnološki napredne aparature da bi se posmatrale. To ne znači da danas u nauci nema primera u kojima su jednostavni eksperimenti dali važne rezultate, već da su za pomeranje granica u opštem slučaju potrebne komplikovane mašine.
U Londonu, na početku viktorijanskog doba, Faradeju nije bilo potrebno ništa egzotičnije ni skuplje od namotaja žice, magneta i kompasa kako bi pružio prvi eksperimentalni dokaz da vreme nije onakvo kakvim se čini. Dokaze je prikupio radeći ono što naučnici najviše vole da rade. Pripremio je sav pribor povezan sa najnovijim otkrićem – elektricitetom – igrao se sa njim i pažljivo posmatrao. Gotovo možete da osetite miris tamno lakirane radne klupe na koju padaju senke namotane žice i pomeraju se pod plinskom svetlošću. Jer, iako je Dejvi već 1802. godine zadivio publiku demonstracijom električne rasvete u Kraljevskom institutu, svet je morao da čeka do pred kraj veka da Tomas Edison usavrši električnu sijalicu za svakodnevnu upotrebu. Početkom 19. veka elektricitet je bio u fokusu istraživanja fizičara i inženjera.
Instrumenti u Faradejovoj labaratoriji
Faradej je otkrio da se pomeranjem magneta kroz namotaj žice u toj žici stvara električna struja. Takođe je primetio da se igla kompasa postavljenog pored žice pomera ako se kroz tu žicu propusti električni impuls. Kompas nije ništa drugo do detektor magneta. Kad kroz žicu ne prolaze električni impulsi, kompas će se poravnati sa pravcem Zemljinog magnetnog polja i pokazivati prema severnom polu. Dakle, izgleda da električni impuls proizvodi magnetno polje poput Zemljinog, ali očigledno jače od njega, jer igla skrene od magnetnog severa dok impuls prolazi. Faradej je shvatio da posmatra nekakvu duboku vezu između magnetizma i elektriciteta, dve pojave koje na prvi pogled izgledaju kao da uopšte nisu povezane. Kakva je veza između električne struje koja poteče kroz sijalicu kada pritisnete prekidač na zidu dnevne sobe i sile koja drži male magnete u obliku slova na vratima frižidera? Veza sigurno nije očigledna, pa ipak Faradej je pažljivim posmatranjem prirode ustanovio da električna struja stvara magnetno polje, a da magneti koji se pomeraju stvaraju električnu struju. ove dve jednostavne pojave, sada poznate kao elektro- magnetna indukcija, temelj su na kojem počivaju mehanizmi generisanja elektriciteta u svim električnim centralama na svetu i svih elektromotora koje svakodnevno koristimo, od pumpe u frižideru do sklopa za izbacivanje CD-a iz radio-uređaja u automobilu. Faradejev doprinos napretku industrijskog sveta je nemerljiv.
Napredak u fundamentalnoj fizici retko dolazi samo od eksperimenata. Faradej je hteo da razume mehanizme prirode koji leže u temeljima rezultata njegovih eksperimenata. Kako je moguće da magnet, koji nije fizički vezan sa žicom, može da utiče na tok elek- trične struje? Kako impuls električne struje može da otkloni iglu kompasa od magnetnog severa? Nekakvo delovanje sigurno prolazi kroz prazan prostor između magneta, žice i kompasa, jer namotaj žice mora da „oseti“ magnet koji prolazi kroz njega, a igla kompasa mora da „oseti“ struju. To delovanje danas je poznato kao elektromagnetno polje. Reč „polje“ već smo koristili u kontekstu Zemljinog magnet- nog polja. Polja su jedan od apstraktnijih koncepata u fizici. ona su ujedno i jedan od najpotrebnijih i jedan od najplodnijih koncepata za razvoj dubljeg razumevanja prirode. Jednačine koje najbolje opi- suju ponašanje milijardi subatomskih čestica od kojih se sastoji ova knjiga, ruka kojom je držite pred očima pa i same vaše oči, jesu jednačine polja. Faradej je svoja polja vizuelizovao nizom linija. Nazvao ih je linije fluksa i one polaze od magneta i žica kroz koje teče struja. Ako ste ikada stavili magnet ispod papira po kom ste prosuli metalne opiljke, onda ste ih i sami videli. Jednostavan primer uobičajene veli- čine koja se može predstaviti poljem jeste temperatura vazduha u prostoriji. Pored radijatora, vazduh će biti topliji. Pored prozora, biće hladniji. Mogli biste zamisliti da merite temperaturu u svakoj tački sobe i zapisujete taj ogroman niz brojeva u tabelu. Tabela bi tada bila prikaz polja temperature u prostoriji. u slučaju magnetnog polja, mogli biste zamisliti da beležite skretanje igle malog kompasa u sva- koj tački i na taj način formirate „mapu“ magnetnog polja u sobi. Polje subatomskih čestica još je apstraktnije. njegova vrednost u nekoj tački prostora govori o verovatnoći da se čestica nađe u njoj. sa tim poljima ponovo ćemo se sresti u poglavlju 7.
Sa pravom se možda pitate zašto uvodimo taj prilično apstraktan pojam polja. Zašto se ne držimo stvari koje možemo da izmerimo: električne struje i skretanja igle kompasa? Faradej je to smatrao dobrom idejom, jer je bio praktičan čovek, a tu vrlinu delio je sa mnogim velikim eksperimentatorima i inženjerima iz doba indu- strijske revolucije. Instinktivno je hteo da napravi mehaničku sliku veze između pokretnih magneta i namotaja žice. Prema njegovom mišljenju, polja su premošćivala prostor između njih i služila kao fizička veza za koju su mu eksperimenti govorili da mora postojati. Međutim, dublji je razlog zbog kojeg su polja neophodna i zbog kojeg savremeni fizičari smatraju da su ona jednako stvarna kao i električna struja i otklon magnetne igle kompasa. Ključ za to dublje razumevanje prirode leži u radu škotskog fizičara Džejmsa Klerka Maksvela. Na stogodišnjicu Maksvelovog rođenja, 1931. godine, Ajnštajn je za njegov rad na teoriji elektromagnetizma rekao da je to „najdublji i najplodniji rad u oblasti fizike još od vremena njutna“. Godine 1864, tri godine pre Faradejeve smrti, Maksvel je uspeo da razvije skup jednačina koje su opisivale sve električne i magnetne pojave koje su Faradej i mnogi drugi pažljivo proučavali i dokumentovali u prvoj polovini 18. veka.
Brajan Koks i Džef Foršo
Preveo: Aleksandar Dragosavljević