James Clerk Maxwell – objevitel elektromagnetické podstaty světla

Stalo se tak v rámci jeho převratné teorie elektromagnetického pole, pro niž se však stal problém podstaty světla jen jedním z dílčích problémů, přičemž jeho řešení překvapilo nejen celý svět, ale i Maxwella (13. 6. 1831 Glenlair u Edinburghu ve Skotsku – 5. 11. 1879 Cambridge v Anglii) samotného – a to jak po stránce věcné, tak formální. Po stránce věcné se totiž ukázalo, že vůbec existuje elektromagnetické pole v podobě vln v látkách i ve vakuu, o čemž neměl nikdo předtím, ani Maxwell sám, nejmenší tušení, přičemž v kolosálním rozpětí frekvencí elektromagnetických vln zaujímá světlo rozsah pouhé necelé jedné oktávy. Po stránce formální bylo překvapující, že rovnice Maxwellem formulované v oboru elektřiny a magnetismu, čili v oboru podle tehdejších názorů optice zcela vzdáleném, cizím, se ony rovnice hodí pro popis jak elektromagnetických vln, tak světla, a to tak dokonale, že vystihují do podrobností nejen všechny optické jevy dosud známé, ale umožňují předpovědět i existenci jevů dosud neznámých a popsat je rovněž do nejmenších podrobností.

Reakce učeného světa na tento převratný objev byla obvyklá, probíhající ve třech fázích: fáze ignorování, popírání, nadšeného obdivu. Ignorování ovšem souviselo s tím, že celá teorie byla v té době velmi obtížná, matematicky neslýchaně náročná, takže skoro nikdo se jí nehodlal zabývat; to lze říci např. o všech Maxwellových současnících v Británii. A když se jí konečně nejpřednější z nich „prokousali“, jako např. lord Kelvin, stali se z nich její zapřisáhlí odpůrci. Teprve 15 let po Maxwellově objevu z let 1864–1865 jím byla vážně znepokojena nikoliv anglická, ale berlínská Akademie věd a vypsala cenu za jeho potvrzení nebo vyvrácení pokusem roku 1879, což je mimochodem rok úmrtí Maxwella a narození Einsteina.

Věci se s entuziasmem ujal mladý německý profesor Heinrich Hertz a celou teorii, existující zatím jen na papíře a vzniklou čistě matematicky, začal ve svém působišti na technice v Karlsruhe prověřovat; jde zřejmě o první grandiózní předstih teorie před experimentem v dějinách. Hertz, stejně geniální experimentátor jako teoretik, ovšem nejprve musel vynalézt generátor hypotetických elektromagnetických vln, poté sestrojit z asfaltu velké čočky a hranoly, stejně jako detektory vln, a provést velkou řadu obtížných pokusů...

Teprve za osm let, 10. listopadu 1887, mohl berlínské Akademii věd oznámit, že Maxwellovy předpovědi z doby před 23 lety jsou úplně správné. Když pak Hertz a Heaviside dali nové teorii ještě elegantní vektorovou formu, nadšení fyziků neznalo mezí, takže se ani nelze divit proslulé větě: „Tyto rovnice psal Bůh“. A to ještě nevěděli, že tyto čtyři Maxwellovy rovnice Einstein ve své teorii relativity shrne do dvou! Matematicky vysoce fundovaný Hertz byl ovšem nadšen jen teoretickou silou nové teorie; mylně se totiž domníval, že pro praxi nemá nejmenší význam, neboť prý se vlny stejně ihned rozptýlí do prostoru a nelze je tedy k ničemu využít. Pravdu měli ovšem buď ti, kteří se drželi zásady, že „nejpraktičtější věcí na světě je dobrá teorie“, nebo ti, kteří – jako třeba Marconi – příliš o teorii nespekulovali, nemajíce k ní ani potřebné vzdělání, ale experimentovali – a uspěli! A tak díky těmto mužům jsou dnes elektromagnetické vlny základem celé naší civilizace a kultury a ovšem i optiky. Podívejme se tedy podrobněji na to, kdo byl Maxwell, co ve vědě vykonal, jaký je obsah jeho elektromagnetické teorie a co pro optiku znamená.

Více informací najdete v časopisu Česká oční optika prosinec 2006.