- James C. Rautio (ieee.org)
Nhưng một vài người có chú ý. Và một trong số họ là Oliver Heaviside. Từng được một người bạn mô tả là “người lập dị số một thế giới”, Heaviside, người gây dựng được một gia sản khổng lồ và bị lãng tai nặng, chưa từng học trường đại học nào. Thay vậy, ông tự học khoa học và toán học cao cấp.
Heaviside mới ở những năm đầu tuổi 20 và làm nhân viên điện báo ở Newcastle, miền đông bắc nước Anh, khi ông có trong tay quyển Chuyên luận 1873 của Maxwell. “Tôi thấy nó hay, hay hơn, và hay nhất,” ông viết. “Tôi quyết định học theo quyển sách và xắn tay vào làm việc.” Năm sau đó, ông bỏ chỗ làm và chuyển đến ở cùng gia đình để học tập Maxwell.
Chính Heaviside, chủ yếu làm việc một mình, là người đưa các phương trình Maxwell vào dạng thức hiện nay của chúng. Mùa hè năm 1884, Heaviside đang nghiên cứu năng lượng dịch chuyển như thế nào từ nơi này sang nơi khác trong một mạch điện. Phải chăng năng lượng, ông tự hỏi, được mang bởi dòng điện trong dây hay được mang trong trường điện từ bao xung quanh nó?
Heaviside tiến tới một kết quả đã được công bố bởi một nhà vật lí người Anh khác, John Henry Poynting. Nhưng ông tiếp tục lấn tới thêm, và trong quá trình làm việc với giải tích vector phức tạp, ông đã thiết lập lại hệ phương trình Maxwell thành bốn phương trình mà chúng ta sử dụng ngày nay.
Hệ phương trình Maxwell
Yếu tố chính là loại bỏ thế vector từ kì lạ của Maxwell. “Tôi chẳng có chút tiến bộ nào cho đến khi tôi vứt bỏ toàn bộ các thế ấy,” Heaviside phát biểu sau này. Thay vào đó, dạng thức mới đặt điện trường và từ trường lên trước và vào trung tâm.
Một trong những hệ quả của công trình đó là nó làm bộc lộ sự đối xứng đẹp đẽ trong các phương trình Maxwell. Một trong bốn phương trình mô tả làm thế nào một từ trường biến thiên sinh ra một điện trường (khám phá của Faraday), và phương trình khác thì mô tả làm thế nào một điện trường biến thiên sinh ra một từ trường (dòng điện dịch nổi tiếng do Maxwell bổ sung).
Dạng thức này cũng biểu lộ một bí ẩn. Các điện tích, ví dụ electron và các ion, có các đường sức điện bao xung quanh chúng tỏa ra từ điện tích đó. Nhưng lại không có nguồn của các đường sức từ: Trong vũ trụ đã biết của chúng ta, các đường sức từ luôn luôn khép kín, không có điểm đầu và không có điểm cuối.
Sự bất đối xứng này khiến Heaviside khó nghĩ, cho nên ông bổ sung thêm một số hạng biểu diễn “từ tích”, giả định rằng nó chưa được người ta tìm thấy. Và thật sự nó vẫn chưa được tìm thấy. Các nhà vật lí đã từng tiến hành nhiều tìm kiếm với các từ tích như thế, hay còn gọi là đơn cực từ. Nhưng họ chưa bao giờ tìm thấy.
Tuy nhiên, dòng từ là một thủ thuật hữu ích để giải các bài toán điện từ với một loại hình học nào đó, ví dụ hành trạng của bức xạ truyền qua khe hẹp trên một tấm dẫn điện.
Nếu Heaviside đã cải tiến các phương trình Maxwell đến mức độ này, vậy thì tại sao chúng ta không gọi chúng là hệ phương trình Heaviside? Heaviside đã tự trả lời câu hỏi này vào năm 1893 trong lời nói đầu cho tập thứ nhất của ấn phẩm gồm ba tập của ông, Lí thuyết Điện từ. Ông viết, nếu chúng ta có lí do để “tin rằng ông ta [Maxwell] thừa nhận sự cần thiết phải cải tiến khi đọc tác phẩm này, thì tôi nghĩ lí thuyết cải tiến thu được nên được gọi là lí thuyết Maxwell.”
Theo dòng sự kiện
1855
Ra mắt bài báo đầu tiên của Maxwell về các quan sát và lí thuyết của Faraday.
1861 & 1862
Maxwell công bố một bài báo gồm bốn phần. “Về các đường sức”. Nó đưa ra ý tưởng cốt lõi rằng một biến thiên từ thông gởi qua một bề mặt có thể tạo ra một từ trường.
1864
Maxwell trình bày công trình mới trước Hội Hoàng gia London, công bố kết quả vào năm sau đó. Công trình đề xuất rằng điện trường và từ trường có thể truyền trong không gian dưới dạng sóng và bản thân ánh sáng là một sóng như thế.
Trần Nghiêm dịch
