ทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าคืออะไร?

แนวคิดที่เรียกว่า ทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า มีต้นกำเนิดมาจากการทำงานของ James Clerk Maxwell และ Heinrich Hertz ตามสมการไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่ Maxwell ระบุไว้สนามแม่เหล็กไฟฟ้ามีลักษณะเป็นคลื่นทั้งในโครงสร้างและการกระทำ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าตรงกับการวัดความเร็วของแสงทำให้แสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเอง

สนามไฟฟ้ามีการเปลี่ยนแปลงเชิงพื้นที่และสร้างสนามแม่เหล็กที่แปรผันตามเวลา ในทำนองเดียวกันสนามแม่เหล็กจะทำเช่นเดียวกันสำหรับสนามไฟฟ้าทำให้ทั้งสองแนวคิดทำงานพร้อมกัน ทั้งสองฟิลด์จะสั่นและสร้างคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

คุณสมบัติทางกายภาพของทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในรูปแบบของไฟฟ้ากระแส แง่มุมของทฤษฎีนี้หมายความว่าสนามแม่เหล็กไฟฟ้าใด ๆ ที่อยู่ในพื้นที่เดียวกันนั้นถือเป็นสนามเวกเตอร์คลื่นที่มีทิศทางและความยาว ด้วยเหตุนี้จึงสามารถรวมเข้าด้วยกันกับเขตข้อมูลเวกเตอร์อื่น ๆ ตัวอย่างเช่นเมื่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าส่งผลกระทบต่อโมเลกุลอะตอมภายในโมเลกุลนั้นจะเริ่มสั่นและปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมากระทบกับคลื่นเดิม ตามทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสิ่งนี้จะทำให้เกิดการหักเหการเปลี่ยนแปลงของความเร็วหรือการเลี้ยวเบนการเปลี่ยนแปลงของความยาวคลื่น

เนื่องจากแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดหนึ่งทฤษฎีจึงตัดสินว่าการสั่นของแสงไม่สามารถได้รับผลกระทบจากสนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็กคงที่อื่น อย่างไรก็ตามปฏิสัมพันธ์ระหว่างเหตุการณ์ภายนอกบางอย่างเช่นแสงที่เดินทางผ่านคริสตัลสามารถมีผลกระทบได้ ตามทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสนามแม่เหล็กที่กระทบกับแสงจะทำให้เกิดผลฟาราเดย์และสนามไฟฟ้าที่กระทบกับแสงจะทำให้เกิดผลเคอร์ซึ่งเป็นการลดความเร็วของคลื่นแสง

ความถี่เป็นสิ่งสำคัญมากของทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า การสั่นของคลื่นถูกวัดโดยเฮิร์ตซ์ซึ่งเป็นหน่วยของความถี่ หนึ่งเฮิร์ตซ์เท่ากับหนึ่งความผันผวนต่อวินาที เมื่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเช่นเดียวกับในกรณีของแสงสร้างคลื่นที่ความถี่แตกต่างกันก็ถือว่าเป็นสเปกตรัม

อนุภาคพลังงานขนาดเล็กที่เรียกว่า โฟตอน เป็นหน่วยพื้นฐานของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า เมื่อโฟตอนเคลื่อนที่คลื่นจะติดตามและสร้างความถี่ตามสัดส่วนของอนุภาค โฟตอนถูกดูดกลืนโดยอะตอมซึ่งในทางกลับกันอิเล็กตรอนกระตุ้น เมื่ออิเล็กตรอนมาถึงระดับพลังงานที่สูงพอมันก็จะหนีออกมาจากจุดศูนย์กลางเชิงบวกของนิวเคลียส หากระดับพลังงานอิเล็กตรอนลดลงจะมีการปล่อยโฟตอนของแสง

ทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าระบุว่าการเร่งของประจุไฟฟ้าหรือการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ในสนามแม่เหล็กทำให้เกิดการแผ่รังสี รังสีนี้สามารถมาในรูปของคลื่นหรืออนุภาค ความเร็วความยาวคลื่นและความถี่เป็นปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับคลื่น อนุภาคมีพลังงานเป็นรายบุคคลเท่ากับความถี่ ไม่ว่าจะเป็นชนิดใดรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าเคลื่อนที่ด้วยความเร็วของแสงในสุญญากาศ ความจริงข้อนี้ทำให้อัลเบิร์ตไอน์สไตน์สร้างทฤษฎีสัมพัทธภาพ