Rojstvo elektromagnetizma

    Ne zgodi se pogosto, da bi profesorji prihajali na sled novim znanstvenim odkritjem kar med šolsko uro, ko govorijo pred predavalnico, polno študentov. Še bolj nenavadno je, da bi bilo takšno novo spoznanje posledica preprostega eksperimenta, ki bi ga profesor pripravil za študente, a bi ga zaradi spleta okoliščin prvič izvedel šele med predavanjem. Danski fizik Hans Christian Oersted je 21. aprila 1820 pred svojimi študenti izvedel zelo preprost poskus, s katerim se je zapisal v zgodovino znanosti in sprožil plaz novih znanstvenih odkritij, ki so postavila temelje tehnologiji, na kateri danes temelji naša civilizacija.

    Pred zaspanimi in naveličanimi študenti je kot prvi v zgodovini pokazal, da sta elektrika in magnetizem povezana naravna pojava. Električni tok po žici lahko namreč odkloni magnetno iglo na kompasu, če ga postavimo v bližino žice, kar pomeni, da električni pojav proizvede magnetne učinke. Kot je sam kasneje zapisal, pa njegovo prelomno in izjemno pomembno odkritje “ni pustilo močnega vtisa na publiki”.

    Fizik, ki doktorira iz Kantove filozofije

    Hans Christian Oersted se je rodil leta 1777 v majhnem danskem mestu Rudjobing. Njegov oče Soeren Christian Oersted je bil farmacevt, tako da se je mladi Hans Christian že zgodaj navdušil za znanost in eksperimentiranje, saj je očetu pomagal pri delu v lekarni. Skupaj z bratom se je sprva šolal doma, nato pa kot zelo uspešen študent še na Univerzi v Koebenhavnu. Tam je leta 1799 tudi doktoriral, a presenetljivo ne z neposredno znanstveno temo, ampak iz Kantove filozofije. Njegova disertacija je imela naslov Arhitektonika naravne metafizike. Prav močno zanimanje za filozofijo je pomembno vplivalo na njegovo kasnejše znanstveno delo, ki je med drugim vodilo do odkritja elektromagnetizma.

    Po doktoratu je dobil štipendijo, s pomočjo katere je lahko potoval po Evropi in se seznanil z zadnjimi dosežki znanosti in filozofije. Ko se je mudil v Nemčiji, ga je močno navdušilo gibanje okoli vplivnega nemškega filozofa Friedricha Wilhelma Josepha Schellinga. To vplivno romantično gibanje je poskušalo preseči zgolj mehaničen način razumevanja delovanja narave. Obravnavanje narave po modelu mehanskega stroja je bilo že od začetkov novoveške znanosti zelo popularno, a v mnogih primerih tudi nezadostno, saj z njim ni bilo mogoče opisati vse pestrosti pojavov, ki so jih lahko opazovali v naravi.

    Pristaši gibanja Naturphilosophie so naravo nasprotno dojemali kot organsko celoto, iz česar sledi, da nekaj bistvenega izgubimo, če jo obravnavamo zgolj po delih. Po njihovem prepričanju za naravo ne velja, da je celota le vsota delov, ki jo sestavljajo. Danes to gibanje opisujejo kot nekakšno romantično znanost, ki pa je pomembno vplivala na kasnejši razvoj znanosti, med drugim tudi področja elektrike in magnetizma v devetnajstem stoletju.

    Električni tok odkloni magnetno iglo

    Za raziskave, ki jih je izvajal Oersted, je bilo pomembno prepričanje pristašev gibanja Naturphilosophie, da so sile, ki jih lahko vidimo delovati v naravi, v resnici različne manifestacije ene same osnovne sile. Ta ideja je zelo podobna sodobni težnji, da bi v okviru ene same fizikalne teorije poenotili vse danes poznane sile v naravi, s čimer se teoretična fizika zelo intenzivno ukvarja že od časov Einsteina dalje. Zelo poenostavljeno je danes osrednje vprašanje, kako poenotiti v eno samo teorijo tako pojave iz mikrosveta, ki jih zelo dobro opisuje kvantna fizika, kot pojave vesoljskih razsežnosti, ki so v domeni splošne teorije relativnosti. V devetnajstem stoletju pa so takratni fiziki razmišljali, ali so morda električni in magnetni pojavi manifestacija ene same “elektromagnetne sile”.

    Že kmalu po vrnitvi s popotovanja po Evropi je Oersted postal profesor fizike na domači Univerzi v Koebenhavnu. Menda je bil zelo nadarjen za poučevanje, prav tako pa je imel tudi veliko pedagoških obveznosti, saj je običajno predaval tudi po pet ur dnevno. Vsak mesec je za študente pripravil še posebno predavanje, v okviru katerega je predstavljal najnovejša znanstvena dognanja s področij, ki jim je sledil. Leta 1820 je na že omenjenem slavnem aprilskem predavanju prav v okviru predstavljanja novosti govoril o elektriki in magnetizmu in v sklopu tega pripravil tudi preprost eksperiment, v katerem je želel preizkusiti, ali ima elektrika morda tudi magnetne učinke.

    Preprosto baterijo, ki jo je dve desetletji prej iznašel Alessandro Volta, je preko stikala povezal z žico, ki je tekla nad magnetno iglo. Ob vklopu stikala je po žici iz baterije stekel tok in povzročil malenkosten odklon magnetne igle. Odklon je bil tako majhen, da sprva ni bilo povsem jasno, ali ga je res povzročil električni tok po žici ali je šlo za kako drugo motnjo. Šele ko je kasneje poskusil z močnejšim tokom, je bil odklon dovolj velik, da je bila povezava med elektriko in magnetizmom nedvomno potrjena. Kot se je sam kasneje spominjal, je med samim predavanjem že razmišljal, da poskusa raje ne bi izvedel, ker mu ga zaradi pomanjkanja časa ni uspelo prej preizkusiti, a se je nato vseeno odločil, da eksperiment izvede. Tako so bili njegovi študenti priča zgodovinskemu dogodku, ki pa so ga mnogi v zadnjih vrstah verjetno prespali, glede na to, da ni bilo nikakršnega odziva občinstva, kot je zapisal sam Oersted.

    Zanimivo je, da poročila o eksperimentu Oersted ni takoj objavil. Marsikaj mu namreč še ni bilo jasno in tudi njegova teorija, kaj naj bi se pri tem pojavu dejansko dogajalo, kasneje ni bila potrjena. A sam pojav odklona magnetne igle ob prisotnosti električnega toka je bil ne glede na to izjemnega pomena. Šele poleti je o eksperimentu napisal tudi znanstveno poročilo v latinščini z naslovom Eksperiment o vplivu električnega toka na magnetno iglo. Latinski tekst so hitro prevedli tudi v žive evropske jezike, tako da je bil lažje dostopen širšemu krogu bralcev. Članek začenja s stavkom: “Prve eksperimente s področja, ki ga želim predstaviti, sem izvedel pozimi, ko sem na univerzi predaval o elektriki, galvanizmu in magnetizmu.”

    Hvale o odkritju so z vseh strani kar deževale, saj so vsi, ki so se takrat na znanost in tehniko vsaj malo spoznali, čutili, da se začenja nova doba. Nihče seveda še ni točno vedel, kaj bo odkritje elektromagnetizma dejansko pomenilo za človeštvo, a z današnje perspektive, ko je naša civilizacija povsem prepletena s tehnologijo, ki temelji na elektriki in magnetizmu oziroma njuni povezanosti, je zgodovinska teža dogodka med šolsko uro na Danskem res velika.

    Začetek dobe elektromagnetizma

    Nekaj let po objavi prelomnega poročila o izvedenem eksperimentu se je Oersted ponovno podal na popotovanje po Evropi, med katerim se je srečal z mnogimi pomembnimi fiziki tistega časa, med drugim tudi s Michaelom Faradayem v Angliji. Po vrnitvi je ustanovil v Koebenhavnu nov politehniški inštitut, iz katerega se je kasneje razvila tamkajšnja tehniška univerza.

    Vendar pomen Oerstedovih odkritij ni zgolj v povezanosti, ki jo je odkril med elektriko in magnetizmom. Ključno je tudi, da je prišel na sled novi obliki sile, ki ni izvirala iz znanega središča in se širila na vse strani, kot je to značilno za gravitacijo in električno silo. Magnetna sila, ki je delovala na magnetno iglo v bližini žice, po kateri je tekel tok, je imela povsem drugačno obliko, kot so je bili fiziki do takrat vajeni in so jo znali tudi matematično opisati.

    V ustrezno matematično obliko je Oerstedovo odkritje postavil le nekaj mesecev kasneje genialni francoski fizik André-Marie Ampere. V naslednjih letih je področje elektromagnetizma, navdahnjen s pionirskimi eksperimenti danskega fizika, še podrobneje preučil in leta 1827 objavil obsežno študijo, ki so jo poimenovali kar “Principia elektrodinamike”, saj naj bi Ampere za področje elektrike in magnetizma naredil podobno pomembno sintezo kot pred njim Newton za področje zakonov gibanja in gravitacije.

    Oersted je tudi kasneje veliko raziskoval, pisal in objavljal besedila v dnevnem časopisju. Na področju kemije se je proslavil z iznajdbo nove tehnologije za pridobivanje aluminija. Vseskozi je spremljal tudi dogajanje na področju filozofije, ki mu je bila v pomembno oporo pri načrtovanju prelomnega eksperimenta, s katerim je sprožil plaz odkritij na področju elektromagnetizma, na čemer temelji danes skoraj vsa tehnologija naše civilizacije.