Loading article…
物理学の歴史において、マイケル・ファラデーの拡張された意味での力線は、ジェームズ・クラーク・マクスウェルの誘導線と同義である。[ 1 ] JJトムソンによれば、ファラデーは通常、誘電体中の分極粒子の鎖として力線について論じているが、時には真空を横切って伸びるなど、それ自体で存在するものとして論じている。[ 2 ] JJトムソンは、マクスウェルと同様に、力線に加えて、静電誘導管、あるいは単にファラデー管とも呼んでいる。[ 2 ] 20世紀の視点から見ると、力線は、マクスウェル方程式やアルバート・アインシュタインの相対性理論など、より数学的かつ実験的に洗練された概念や理論につながった19世紀の場の理論に埋め込まれたエネルギーのつながりである。
力線の概念はマイケル・ファラデーに端を発し、彼の理論では、現実のすべては力そのもので構成されているとされています。彼の理論は、電気、光、重力には有限の伝播遅延があると予測しています。マックスウェル、ハインリヒ・ヘルツ、アインシュタインなどの後の科学者の理論と実験データは、ファラデーの理論の帰結と一致しています。しかしながら、ファラデーの理論は依然として独特です。ファラデーとは異なり、マックスウェルや他の科学者（例えば、JJトムソン）は、光と電気はエーテルを介して伝播しなければならないと考えていました。アインシュタインの相対性理論ではエーテルは存在しませんが、力の物理的実在はファラデーの理論よりもはるかに弱いものです。[ 3 ] [ 4 ]
歴史家のナンシー・J・ネルセシアンは、論文「ファラデーの場の概念」の中で、マックスウェルとファラデーの考えを区別している。[ 5 ]
ファラデーの場概念の具体的な特徴は、その「お気に入り」かつ最も完全な形では、力が実体であり、唯一の実体であり、すべての力は力線の様々な動きを通して相互変換可能であるという点である。ファラデーの「お気に入りの概念」のこれらの特徴は、その後引き継がれることはなかった。マクスウェルは、電気力と磁力の連続的な伝達を数学的に表現するという問題に取り組むにあたり、これらを機械的エーテルにおける応力とひずみの状態とみなした。これは、マクスウェルが取り組んでいた全く異なる信念体系と問題の一部であった。
当初、マイケル・ファラデーは力線の物理的実在を可能性として考えていましたが、複数の学者はファラデーにとってその物理的実在が確信になったことに同意しています。ある学者はこの変化を1838年に位置づけています。[ 6 ]別の学者は、彼の信念が最終的に強化されたのは1852年であると述べています。 [ 7 ]ファラデーは磁力線と静電気力を実験的に研究し、それらが遠隔作用モデルに適合しないことを示しました。1852年、ファラデーは「磁力線の物理的性質について」[ 8 ]という論文を書き、重力、放射線、電気、およびそれらと伝送媒体、伝送伝播、受信主体との間の可能性のある関係を調べました。
当初、ジェームズ・クラーク・マクスウェルはファラデーの理論を数学化する際に不可知論的なアプローチをとった。これは、マクスウェルの1855年と1856年の論文「ファラデーの力線について」と「ファラデーの電気力学的状態について」に見られる。1864年の論文「電磁場の動力学的理論」では、光の電磁理論の科学的優先権をファラデーと彼の1846年の論文「光線振動に関する考察」に与えている。[ 9 ]マクスウェルは次のように書いている。
ファラデーは、平面偏光光線が、周囲の磁石や電流によって生じる磁力線の方向に沿って透明な反磁性媒体を通過すると、偏光面が回転することを発見した。
横方向の磁気擾乱が通常の磁気擾乱を排除して伝播するという概念は、ファラデー教授が著書『光線振動に関する考察』の中で明確に述べている。彼が提唱した光の電磁気理論は、私がこの論文で展開し始めた理論と本質的に同じであるが、1846年当時は伝播速度を計算するためのデータがなかったという点が異なる。
マクスウェルは、ファラデーの理論を数学化する際に用いた流体的な仮定を表現する際に、ファラデーの「力の線」という表現を「力の管」に変更した。 [ 6 ]力の管は 、静電誘導管またはフィールド管とも呼ばれ、始点が正の表面上に閉曲線を描き、終点が負の表面上に対応する閉曲線を描き、力の線自体が誘導性の管状表面を生成するように移動する電気力の線である。このような管は「ソレノイド」と呼ばれる。力の管に直角方向には、誘電率と磁束密度の積の半分の圧力がある。フィールドの増大によって力の管が横方向または幅方向に広がると、電流の強度の増加に対して磁気的な反作用が生じる。しかし、力の管が端方向に移動させられると、速度を制限する抗力はほとんど、またはまったくない。力の管は、運動量と重力質量を与える物体に吸収される。力の管とは、電気的な力線の集まりのことである。
研究の初期（1831年頃）に、ファラデーは磁石の近くの金属粉に描かれた、一見連続した曲線のパターンを磁気曲線と呼んだ。後に彼はそれを磁力線の一例、あるいは単に力線と呼ぶようになった。[ 10 ]やがてファラデーは「磁場」という表現も使い始めた。[ 11 ]