Elektromagnetismoa

Eremu elektro-
magnetikoaren historia 

 Filosofia eta Fisika

Faraday-ren ekarpena

Teoria modernoak

Newton-en Fisika

Teoria anti-newtondarrak

Ampère-ren Fisika newtondarra

Aristoteles-en Fisika

Greziar filosofo naturalen helburu nagusia ez zen Naturaren mekanismoak zehatz-mehatz azaldu eta kalkulatzea, eta are gutxiago espero zuten emaitza esperimentalak kuantitatiboki neurtu eta aurresatea. Fenomeno naturalak analogien bitartez adierazten zituzten, alegia eurentzat ezagunagoak ziren izakien bitartez, hala nola, giza-gorputza, harreman humanoak, arazo sozialak eta abar. Esate baterako, magnetismoa deskribatzeko erabil zezaketen, pertsona batzuek beste batzuei eragiten dioten erakarpena edo sinpatia, eta pertsona denek ez daukatena.

Aristoteles baino lehenagoko zientzian jadanik, erakarpena eta aldarapenaren kontzeptuak Naturaren aldaketen eragile nagusiak zirela uste zen. Kristo aurreko V menderako, materia eta indarrak bereizten zituzten: lehena, aldaketak jasaten dituen subjektua eta bigarrenak aldaketen eragileak.

Gaur eguneko "indar" kontzeptuaren antzekoena, "aldaketen eragileak" ziren, baina edozein aldaketa-motaren kausa zirela uste zen. Aristoteles-en "Fisikak", gehien bat, aldaketen eragileak aztertzen zituen, eta baita ere, eragile edo kausek mugimenduarekin duten erlazioa. Oinarrian, lau printzipio nagusi zituen:

1. Hutsa ukatzea
Aristotelesen eskeman espazio hutsa onartzeak abiadura infinitua onartzea zekarren, abiadura, medioaren erresistentziaren alderantziz proportzionala delako eta gorputz batek ezin duelako halako abiadurarik jasan.

2. Aldaketa orotan eragile edo kausa bat behar du
Kausa edo eragilea "berezko tokia"-ren kontzeptuan oinarritzen da, alegia, gorputz orok naturan "berez" dagokion tokian egoteko joera handia du. Zenbait filosofok, gorputzek "berezko tokirako" duten joeraren kontzeptua, zakar antzean bada ere, energia potentzialaren kontzeptuaz erlazionatzen dute. Beste batzuek, Lurrak gainontzeko gorputzei eragiten dien urrutiko elkarrekintzaren intsinuazio gisa.

3. Kontaktuaren bidezko akzioaren printzipioa
Mugimendu orotan, naturaletan izan ezik, gorputz mugikorrarekin kontaktuan agente edo eragile bat egon behar du. Emaitza hau esperientziaren ondorio gisa hartzen zen, baina bazituen arazo bereziak jaurtigaien mugimenduak, magnetismoa zein mareak azaltzean. Aipaturiko hiru kasu horietan, bazirudien kausak gorputz mugikorrari medioaren bitartez eragiten ziola.

4. Lehen agente mugiezin bat existitzea
Elkarrekintzen arazoan ez du interesik.

Newton-en Fisika

Newton-en Fisikaren ikuspegitik, unibertsoa gorputz zabalez eta espazio hutsez osatua da. Gorputz horietatiko bakoitzak gainontzekoei urrutitik eragiten dio, alegia, indarrak eragiten diote elkarri eta instantaneoki. Honako eskema horrekin, Newtonek mugimenduari buruzko eta grabitazioari buruzko bere teoria ezagunak garatu zituen, eta 1686-an argitaratu.

Newton-en mekanikak deskribatzen du indarrek mugimendua nola sortzen duten:

1. Indarra eta azelerazioa proportzionalak dira (bigarren legea).

2. Inertziaren legea (lehen legea): gorputz batek bere higidura mantendu egiten du indarrik jasan ezean.

3. Akzio-erreakzioaren legea (hirugarrena): gorputz batek beste bati eragiten dion indarra, eta besteak batari eragiten diona berdinak dira eta aurkakoak.

Grabitazioaren teoriak gorputzen arteko indarrak aztertzen ditu; beti indar erakarleak dira eta zentralak, alegia bi gorputzen zentroak lotzen dituen zuzenaren norabidean dira. Newtonek indar horren menpekotasunak ere ezarri zituen: gorputz bien masen biderketaren zuzenki proportzionala eta zentroen arteko distantziaren karratuaren alderantziz proportzionala.

Lege hori aplikatuz, planeten mugimenduak zehaztasun handiaz kalkulatu ahal izan ziren eta gainera, Kepler eta Galileok deskubritutako lege enpiriko guztiak deduzi zitezkeen. Planeten posizioak aurretiaz asma ahal izatea ikaragarrizko urratsa izan zen, horregatik Newton-en teoria, gizakiaren pentsamenduaren historia osoan ordurarteko edozein teoria baino askoz traszendenteagoa izan zen.

Grabitazioa, distantziaren karratuaren alderantziz proportzionala izatea Newton-en metafisikarekin bat dator, interpretazio geometrikoa ere baduelako eta espazioaren beraren ezaugarria dirudielako. Demagun iturri puntual bat bere inguruko espazio osora argia, ura edo beroa jariatzen ari dena, eta norabide guztietan hedatzen ari dena. Imajina ditzagun iturriaren inguruan esfera bi, bata bestea baino handiagoa, baina biek zentroa iturrian bertan dutenak. Argia, ura edo beroa hedatzen joango dira esferen geometriak agintzen duen bezala, alegia, intentsitatea gutxitzen joango da, hain zuzen, distantziaren karratuaren alderantzizko proportzioarekin.

Newton-en teoriak urrutiko elkarrekintza ezartzen du eta ez du medioa kontutan hartzen, beraz, osagai guztiak dira gorputzak, espazio hutsa, indar zentralak urrutitik eragiten, eta elkarrekintza instantaneoa.

Newton-en eskeman grabitazioaren legea erabat koherentea zen, eta batzuek espero zuten lege honekin bestelako fenomeno asko ere aztertu zitezkeela, baina Newton-ek berak bazekien bestelako elkarrekintza motak ezin zituela modu berean azaldu. Lege horrek ez ditu kontutan hartzen esate baterako, kohesio-indarrak (gorputzak osorik mantentzen dituztenak), eta ezta indar elektrikoak, magnetikoak, zein kimikoak.

Teoria anti-newtondarrak

Ikus ditzagun jarraian Newton-en Fisikarekin kontraesanak zituzten beste teoria batzuk, adibidez Descartesena. Garai hartan oso lotuta zeuden Filosofia eta Fisika, baina bigarrena apurka apurka banatzen joan zen eta Naturako fenomenoak interpretatzen berezitu zen.

Descartes-en Fisika

Descartes filosofo frantziarra oso ausarki hasi zen, munduarentzako berak sortutako sisteman materia eta espazioa bat ziren eta hutsa ez zen existitzen.

Descartes-en sistemaren oinarrizko legea mugimenduaren kontserbazioa da. Jaungoikoak Unibertsoari mugimendua eman zion eta horrek iraun egiten du. Descartes-entzat mugimendua momentua da (mv), baina abiaduraren norabidea ez zuen kontutan hartu. Mugimendua transferitu daiteke, adibidez, partikula batek beste batekin talka egitean, baina ezin da sortu ezta ezabatu ere.

Kausalitate fisikoa printzipio erabat mekanikoa da: edozein aldaketa mugimendua da eta mugimenduaren edozein aldaketa gorputzen arteko kontaktuaren ondorioa da. Descartes-entzat Fisikaren oinarrizko arazoa gorputzen arteko talkak dira, ordura arte inork planteatu ez zuena.

Leibniz-en aldakuntzak

Leibniz-ek, gorputzak zeharkaezinak direla azaltzeko, Descartes-en eredua aldatu egin zuen oinarrizko zenbait aspektutan. Gorputzak erabat objektu geometrikoak badira, nolatan ezin dira zeharkatu, gainerako objektu geometrikoekin egin daitekeen bezala? Galdera horrek ez zeukan erantzunik Descartes-en ereduan. Erantzuna bilatzeko, materiaren oinarrizko ezaugarrietan, tamainaz gain indarra ere onartzea beharrezkoa da. Indarra aldaratzailea da zeharkatzea ekiditeko. Gainera Leibniz-en iritzian, indarra materiaren puntu orotan  aplikatzen da, eta ez bakarrik tamaina finituko gorputzetan.

Materiaren eredu honek espazioa puntu materialez eta indarrez osatua kontsideratzen zuen, baina Newton-en fisikaren jarraitzaileek gogotsu kontra ekin zioten, bakarrik onartzen zituztelako gorputzak, hutsa eta urrutiko interakzioak.

Kant-en sintesia

Bai Kant zein Boscovich, Newton-en eta Leibniz-en ideiak elkartzen saiatu ziren, Newton-en zientzia oso sendoa zelako eta Leibniz-en metafisika oso erakargarria zelako. Mundua beteta egon behar dela baztertu zuten, eta eremutzat hartu zuten, materia eta indarrez osatua. Euren eraginez, gerora Faraday-k indar-eremuen teoria garatu zuen.

Espazioak alde huts bat du eta mota-ezberdinetako zenbait indar. Indar aldaratzaileak oso hurbileko puntuen artean gertatzen dira, eta ez dute eraginik urrutiko gorputzen artean. Indar erakarleek berriz, urrutiko gorputzei eragiten diete eta ez dute bitarte osoko espazioa okupatzen. Gorputz material bat espazioko eskualde jarrai bat da, bere baitako puntu orotan indar aldaratzaileak sortzen dituena eta espazio hutsez inguratua dagoena, horregatik gorputzak hedatzeko joera du. Baina puntu guzti horiek ere indar erakarleak sortzen dituzte eta urrutiko elkarrekintzak eragiten. Gorputzak egonkorrak direla, eta daukaten dentsitatea ere, balantze sinple batez azaltzen dira: kontaktu bidezko aldarapena eta urrutiko erakarpena orekatzen dira, eta gorputz bakoitzak berezkoak ditu ezaugarri horiek.

Oersted-en deskubrimendua

Oersted-ek 1820 urtean bere deskubrimendua ezagutarazi zuen: kable baten zirkulatzen ari zen korronte elektrikoak iparorratza desbideratzen zuen, eta beraz korronte elektrikoek efektu magnetikoak sortzen dituzte.

Oersted tradizio antinewtondarrean koka daiteke eta Kant-en iritzi berekoa zen. Indar guztiak elkartu asmoz luze jardun zuen lanean, hau da, oinarrizko indar erakarle eta aldaratzaile batzuk existitzen direla eta gainerako indar guztiak oinarrizko horien adierazpen ezberdinak baino ez zirela (Kant-ek bezalaxe). Ildo beretik, Oersted-ek uste zuen indar guztiak bilakatu egin daitezkeela indar batetik bestera eta areago modu zuzenean egin zitekeela. Bere deskubrimendua baino lehenago (1813 urtean), eta indar kimikoen eta indar elektrikoen arteko antzekotasunak ikertzen ari zela, Oersted-ek aipatua zeukan elektrizitatea eta magnetismoaren arteko interakzioa garrantzitsua zela eta aurkitu zitekeela.

Faraday ere uste berekoa zen, alegia, oinarrizko interakzio bi baino ez zeudela: kontaktu bidezko aldaratzea eta urritiko erakarpena. Eta uste horrek, elektrizitateaz eta magnetismoaz burutu zituen ikerketa guztiak baldintzatu omen zituen. Eredu horren arabera, ordurarte ezagutzen ziren indar guztiak biltzen zituen eredu bateratzailea (elektrikoak, magnetikoak, kohesiozkoak, grabitatea, etab) oinarrizko bi indarren adierazpen edo konbinazio ezberdinak baino ez zirela.

Oersted-en deskubrimenduak gehien harritu zuen zientzialarietako bat Ampère izan zen. Beste asko bezala, bere iritziz interakzioak bakarrik egon daitezke elektrizitatea eta elektrizitatearen artean, edo fenomeno magnetiko eta fenomeno magnetikoen artean, alegia izaera bereko fenomenoen artean. Bere zenbait hitzalditan "frogatuta" zeukanez, fenomeno elektrikoak eta fenomeno magnetikoak jatorri ezberdineko bi fluido-motaren ondorioak ziren eta bakoitzak bere aldetik eta modu independentean jokatzen zuen. Ampere ikerketa Newtondarraren jarraitzaile sutsua zen.

Ampérek ondoko arazoa planteatu zuen: posiblea ote da Oersted-en esperimentua esplikatzea teoria newtondar batez? Ampérek asmatu zuen magnetismoa ez zela sustantzia ezberdin bat, baizik eta elektrizitatearen beste aspektu bat soilik.

Hipotesi berritzaileak sortu zituen, esate baterako, efektu magnetikoak korronte elektrikoen ondorio badira, pentsatu zuen nahitaez imanen barnean korronte elektriko zirkularrak gertatzen ari direla. Korronte horiek beste imanekin interakziona dezakete baina beste korronte voltaikoekin ere bai, eta horrela Oersted-en deskubrimendua azaltzen da. Oso hipotesi ausarta izan zen, ez zelako ezagutzen korronte elektrikoen arteko interakziorik. Orduan Ampèrek esperimentuak gauzatu zituen, korrontea garraiatzen zuten kable biren artean ea indarrik ba ote zegoen, eta deskubritu zuen korronte elektrikoak ere erakarri edo aldaratu egin daitezkeela.

Emaitza horretan oinarrituta, teoria newtondar bat garatzen hasi zen korronteen arteko interakziorako, alegia indar guztiak zentralak dituena. Suposatu zuen korrontearen sekzio infinitesimalek edo "korronte-elementuek" erakarpen-aldarapen puntu gisa jokatzen dutela, Newton-en masa-puntuen antzera. Erakarpen edo aldarapena elementu biak lotzen dituen zuzenaren norabidean gertatzen da, hortaz indarrak zentralak dira. Gainera, erakarpen edo aldarapena, distantziarekiko, karratuaren alderantziz proportzionala da, eta elementu bakoitzaren korrontearen intentsitatearen zuzenki proportzionala.

Hala eta guztiz ere, esperimentua osorik azaltzeko, Ampèrek korronte-elementuen arteko angeluak ere kontutan hartu behar izan zituen, eta horretan behintzat teoria newtondarraren ezberdina zen.

Indarra maximoa da korronte-elementuak elkarrekiko paraleloak direnean, eta biak lotzen dituen zuzenaren perpendikularrak. Baldintza horietan, noranzko bereko korronte bi erakarri egiten dira eta aurkakoak aldaratu. Posizio horretatik abiatuta elementuetako bat biratzen bada eta elementuaren osagai paraleloa gutxitzen bada, orduan indarra ere bai.

Ideia horiek oinarritzat hartuta, Ampèrek teoria matematiko bikain bat eraiki zuen korronteen arteko interakzioari buruz, baina esperimentuek ezin izan zuten sekula teoria hori egiaztatu.