Adalah fitrah bagi manusia untuk merasa takut atau gerun terhadap perkara yang mereka tidak faham. Begitulah situasi masyarakat zaman purba apabila alam semula jadi memperkenalkan mereka dengan konsep elektrik – panahan kilat. Mereka menganggap panahan kilat itu sebagai cara untuk Tuhan memanifestasikan kemurkaanNya.

Hal yang sebaliknya pula berlaku terhadap kemagnetan. Kurun ke-11 Masihi menyaksikan tamadun China mencipta kompas magnetik yang pertama, dimana ia menjadi titik permulaan Zaman Penjelajahan (Age of Discovery). Ini membuktikan bahawa manusia telah mempunyai pengetahuan tentang magnet sejak 1000 tahun yang lepas. Namun, tiada siapa yang mengetahui tentang kewujudan hubungan diantara dua fenomena ganjil – keelektrikan dan kemagnetan – sehinggalah kurun ke-18 Masihi.

Lelaki yang berjaya menyelesaikan teka-teki ini ialah Michael Faraday, seorang anak muda yang miskin, tidak pernah menjalani pendidikan formal, namun berjaya mendapatkan kerja sebagai pembantu di Royal Institution, London. Beliau menunjukkan bahawa sekiranya magnet digerakkan di dalam gelung wayar, arus elektrik akan terjana dengan sendirinya. Kesan yang sebaliknya juga turut terhasil, dimana medan elektrik yang bergerak akan menghasilkan medan magnet.

Potret Michael Faraday semasa beliau berusia 70 tahun.

Penemuan bersejarah yang dilakukan oleh Faraday ini menyebabkan Ernest Rutherford mengisytiharkan beliau sebagai “the greatest scientific discoverer of all time”. Namun begitu, disebabkan Faraday tidak pernah mendapat pendidikan formal, beliau tidak tahu cara untuk menzahirkan penemuan hebat tersebut secara matematik.

Di sinilah James Clerk Maxwell, seorang virtuoso matematik daripada Cambridge, memainkan peranan beliau. Beliau menyedari bahawa elektrik dan kemagnetan, seperti yang dijumpai oleh Faraday, boleh diringkaskan secara hukum matematik. Hukum yang pertama menyatakan bahawa medan magnet yang bergerak boleh menghasilkan medan elektrik. Hukum yang seterusnya pula menyatakan sebaliknya – medan elektrik yang bergerak boleh menghasilkan medan magnet. Maxwell kemudiannya berfikir – bagaimana pula sekiranya medan elektrik menghasilkan medan magnet, dan medan magnet tersebut pula menghasilkan medan elektrik yang seterusnya, dan proses ini berulang sehingga menjadi sebuah kitaran? Persoalan ini menyebabkan beliau mengusulkan bahawa produk akhir pergerakan bolak-balik diantara medan elektrik dan medan magnet ini ialah – sebuah gelombang yang bergerak.

Medan elektrik, E dan medan magnet, B yang saling bertukar antara satu sama lain menghasilkan gelombang yang bergerak.

Dengan menggunakan kalkulus vector, Maxwell cuba mengira kelajuan gelombang ini dan hasilnya adalah 310,740 kilometer per saat. Beliau seterusnya mengambil langkah berani dengan mengatakan bahawa – bahawa kelajuan tersebut merupakan kelajuan cahaya. Dalam erti kata lain, cahaya adalah gelombang elektromagnetik. Memetik kata-kata beliau dalam ‘On Physical Lines of Force’ yang diterbitkan pada tahun 1861:

“We can scarcely avoid the inference that light consists in the transverse undulations of the same medium which is the cause of electric and magnetic phenomena”

Kunci kepada penyatuan dua fenomena fizik – keelektrikan dan kemagnetan – yang ditemui oleh Faraday dan Maxwell ini ialah simetri. Ahli fizik sangat suka dengan konsep simetri. Bagi mereka, kecantikan sesuatu persamaan itu terletak pada simetrinya i.e. sebarang transformasi yang dilakukan ke atas komponen-komponen yang wujud didalam sesuatu persamaan tidak akan menjejas rupa bentuk persamaan tersebut.

Hukum atau rumus yang dicipta oleh Maxwell mempunyai simetri yang dikenali sebagai dualiti. Sekiranya medan elektrik dalam gelombang cahaya diwakili oleh E, dan medan magnet pula diwakili oleh B, persamaan atau rumus keelektrikan dan kemagnetan tetap tidak berubah apabila E dan B ditukar ganti. Dualiti ini menunjukkan bahawa keelektrikan dan kemagnetan adalah dua manifestasi daya yang sama.

Kini, gelombang elektromagnetik menjadi sebahagian daripada kehidupan seharian manusia. Setiap pelajar jurusan fizik dan kejuruteraan harus menghafal rumus atau persamaan Maxwell. Ia menjadi prinsip asas dalam mencipta teknologi seperti TV, radio, laser, generator, dinamo, telefon pintar dan peralatan-peralatan elektronik yang lain.

James Clerk Maxwell (1831 – 1879).

RUJUKAN:

(n.d.). Retrieved November 24, 2021, from https://www.math.ucdavis.edu/~temple/MAT22C/MaxwellOnPhysicalLinesOfForce.pdf

Artikel kiriman Amier Hakeem untuk The Patriots.