§ 13. Скорость распространения электромагнитного поля. Электромагнитные волны. Электромагнитная теория света

Рассмотрим свободное электромагнитное поле (поле, не связанное с зарядами). Свободное поле, очевидно, должно быть вихревым. Согласно (6.07) и (11.01) свободное поле удовлетворяет уравнениям

где скорость распространения поля. Из (13.01) следует, что свободное поле всегда имеет электрическую и магнитную составляющие, которые образуют единое электромагнитное поле, и что в любой системе отсчета скорость распространения свободного поля не может быть равна нулю следует Кроме того, из (13.01) вытекает, что векторы перпендикулярны друг к другу. Последнее можно записать в форме

Чтобы определить скорость распространения свободного поля, подставим значение В в выражение для и воспользуемся формулами (13.02).

Из последнего следует, что то есть

Мы получили фундаментальный результат: скорость распространения свободного электромагнитного поля равна электродинамической постоянной (§ 6). Итак, электромагнитное поле распространяется в пустоте со скоростью

Эта скорость распространения электромагнитных волн одинакова во всех инерциальных системах отсчета.

Распространяющееся электромагнитное поле образует электромагнитные волны. Джемс Максвелл, открывший теоретически электромагнитные волны, нашел, что эти волны аналогичны световым волнам. Действительно, векторы напряженностей электрического и магнитного полей в электромагнитной волне перпендикулярны к направлению распространения волны, то есть электромагнитные волны, подобно световым, — поперечные. Скорость распространения электромагнитных волн с равна скорости света. Поэтому Максвелл высказал гипотезу, что световые волны являются частным случаем электромагнитных волн. Гипотеза Максвелла была блестяще подтверждена на опыте и развилась в современную электромагнитную теорию света.