К началу XX в. было известно, что сам электрический заряд состоит из множества более мелких зарядов, и открыта первая элементарная частица – отрицательно заряженный электрон. На протяжении XVIII–XIX вв. в ходе экспериментов были открыты основные законы электромагнитных явлений:
– закон сохранения электрического заряда (в электрически замкнутой системе сумма зарядов есть величина постоянная, а величина заряда не зависит от его скорости);
– закон Кулона и законы Ома (о зависимости силы тока и сопротивления проводника в зависимости от его сечения);
– закон Джоуля—Ленца (о количестве тепла, выделяющегося при прохождении тока по неподвижному проводнику за определенное время);
– закон электромагнитной индукции Фарадея (изменяющееся магнитное поле приводит к возникновению электромагнитной индукции).
В физике на основе исследований Фарадея было введено понятие электростатического поля, открытия Эрстеда доказали связь электричества и магнетизма и выявили особенность устройства магнитного поля – его вихревую природу. В 1820 г. благодаря Амперу в физике появился новый раздел – электродинамика. Примерно в это же время Фарадей высказал идею существования электромагнитных волн и отнес свет к электромагнитным явлениям.
В 1865 г. физик Максвелл создал теорию электромагнитного поля. Сутью теории Максвелла была система из четырех уравнений, получивших название уравнений Максвелла. Каждое уравнение соответствовало одному из четырех утверждений:
1. Электрическое поле, соответствующее какому-либо распределению заряда, определяется из закона Кулона.
2. Магнитные заряды не существуют.
3. Переменное магнитное поле возбуждает электрический ток.
4. Магнитное поле возбуждается токами и переменными электрическими полями.
Приведенные Максвеллом уравнения доказывали существование электромагнитного поля, объясняли, как формируется электрическое поле на основе вихревого магнитного поля и как электрическое поле, в свою очередь, создает и поддерживает магнитное поле; в силу перехода поле, описанное Максвеллом, было электромагнитным, система мироустройства – электродинамической, а рождающаяся на основе новых открытий и обоснованной теории Максвелла картина мира – электромагнитной картиной мира.
На основе своих уравнений Максвелл пришел к мысли о существовании электромагнитных волн, скорость которых должна быть