Maxwellin yhtälöt

Tuskin. Jotkut asiat ovat yksinkertaisesti liian monimutkaisia selitettäväksi "parilla sanalla".

Maxwellin yhtälöt ovat toisen asteen osittaisdifferentiaaliyhtälöitä, joissa käsitellään vektoreita. Jotta niistä voisi jotakin ymmärtää niin pitäisi ymmärtää käsitteet

- derivointi
- differentiaaliyhtälö
- osittaisdifferentiaaliyhtälö
- vektori
- vektoreiden pistetulo ja ristitulo
- vektoridifferentiaalilaskentaa eli operaattori "nabla" ja "nablatoiseen" eli Laplacen operaattori.

Muutamalla sanalla noita ei todellakaan kuvailla. Ota tavoitteeksesi osata vektoridifferentiaalilaskennan peruskurssin asiat ja opiskele kaikki siihen tarvittava matemaattinen esitieto (ekan vuoden kursseja yliopistossa) niin sinulla on Maxwellin yhtälöiden käsittelyyn tarvittavat työkalut.

Mihin tarvitset Maxwellin yhtälöitä? Valon nopeus ei putkahda niistä esille vaan se tulee mukaan suhteellisuusteoriasta. Maxwellin yhtälöt ovat makroskooppista maailmaa kuvaava esitys siitä samasta, mikä mikrotasolla käsitellään kvanttielektrodynamiikassa (QED). Sielläkin valon nopeus tulee teoriaan ulkopuolisena tietona eikä sitä päätellä tai lasketa mistään ab initio.

Riittää ymmärtää, että valon nopeus on mitattu "vakio". Ei sitä voi oikein johtaa mistään.

No yritetään: Maxwellin yhtälöt kuvaavat sähkökenttää ja magneettikenttää. Ne saa muokattua muotoon, jolle tiedetään fysiikassa vastaavuuksia jo muualta eli aaltoyhtälöiksi. Ne ovat toisen asteen differentiaaliyhtälöitä mutta niiden ratkaisut tunnetaan hyvin. Siispä vertaamalla yhtälöitä toisiinsa saadaan kaivettua aaltorintaman etenemisnopeus esiin yhtälöistä ja sen arvoksi tulee laskettua c. Seuraava vaihe sitten on todistaa, että tämä muokkaus on 'laillinen' - eli pitää löytää radioaallot.
Maxwellin yhtälöt antavat vastauksena kaikki yhtälöt, joille sähkömagneettinen aaltoyhtälö pätee. Ne ovat geneerinen kuvaus sähkömagneettisesta aallon käyttäytymisestä eri tilanteissa ja materiaaleissa. Niiden avulla voi siis tarkistaa, onko jokin 'arvaus' oikean muotoinen. Ongelma on siinä, että ratkaisuja joudutaan yleensä etsimään jollekin muulle, kuin pistemäisen kappaleen säteilylle - joka on jo sinänsä kohtuullisen monimutkainen rakenne: 3-ulotteinen vektorikenttä, jolla on sähköinen ja magneettinen komponentti joka pisteessä ja joka on lisäksi ajasta riippuvainen - aalto siis etenee.