Da Ørsted gjorde sin store opdagelse, havde naturforskere studeret elektriske og magnetiske fænomener i et par hundrede år. Så man havde efterhånden en god fornemmelse af, hvordan kompasser og magneter opførte sig. Der var også opfundet både elektrisermaskiner og batterier, som gjorde det muligt at undersøge korte, kraftige udladninger af statisk elektricitet såvel som effekten af vedvarende strømme. I 1780’erne var det endda lykkedes den franske fysiker Charles-Augustin de Coulomb at måle, at kraften mellem ladede kugler var proportional med ladningerne og omvendt proportional med kvadratet på afstanden imellem dem. De elektriske kræfter fulgte altså den samme matematiske lovmæssighed, som Newton havde fundet for tyngdekraften.

Bortset fra nogle fællestræk med hensyn til frastødning og tiltrækning samt den erfaring, at lynnedslag kunne påvirke magnetnåle i nærheden, var der ikke noget, der tydede på nogen forbindelse mellem elektricitet og magnetisme. Derfor var de franske fysikere, som var tidens førende, overbeviste om, at de to fænomener intet havde med hinanden at gøre. H.C. Ørsted delte imidlertid ikke denne opfattelse. Så meget desto mere var opdagelsen af elektromagnetismen en stor triumf for ham.

Rationalisme vs. naturromantik

Som fysiker og kemiker var Ørsted stærkt præget af den naturromantiske verdensanskuelse, som med inspiration fra den tyske filosof Immanuel Kant spredte sig i Nordeuropa i begyndelsen af 1800-tallet.

Naturromantikken var en antimaterialistisk og holistisk modstrømning til den etablerede, rationalistiske fysik. De traditionelle fysikere baserede sig på nøjagtige måleresultater og betragtede dybest set verden som en samling af materielle atomer, der påvirkede hinanden med centrale kræfter, som kunne beskrives matematisk. Derfor opfattede naturromantikerne disse fysikere som ensporede og åndløse atomister, der manglede blik for de store sammenhænge i naturen.

Naturromantikerne mente derimod, at alt omkring os skulle forstås ud fra to modsatrettede grundkræfter: en frastødende og en tiltrækkende. Materien og de vidt forskellige naturfænomener var således bare forskellige fremtrædelsesformer af disse fundamentale kræfter. Naturforskernes opgave bestod følgelig i at afdække denne grundlæggende enhed i naturen, der i sidste ende var af guddommelig oprindelse.

En blandet modtagelse

Ørsted sendte straks sin afhandling til et halvt hundrede lærde kolleger i Europa. I Tyskland blev afhandlingen ikke overraskende godt modtaget, hvorimod de franske fysikere var skeptiske. Det var måske ikke så underligt, for de mente jo ikke, at det påståede fænomen kunne eksistere. Velbekendte med Ørsteds naturromantiske forestillinger betragtede de det som endnu et tysk drømmeri.

Men så snart de havde eftergjort forsøget, måtte de erkende, at den var god nok, og i løbet af kort tid satte Ørsteds opdagelse gang i en intens udforskning af elektromagnetismen.

Ampère og elektrodynamikken

André-Marie Ampère var en af de forskere, som kastede sig over opgaven med størst ildhu. Blot to uger efter han havde hørt om Ørsteds eksperiment, opdagede han, at to strømførende ledninger kunne påvirke hinanden uden medvirken af en magnet. For at afprøve en ide havde han konstrueret et apparat med to parallelle ledere, hvoraf den ene var monteret, så den frit kunne bevæge sig. Det viste sig, at de to ledere tiltrak hinanden, når strømmen løb samme vej i dem, mens de frastødte hinanden, når strømmene var modsatrettede. De to strømførende ledere opførte sig altså ligesom to magneter ville gøre. Inden længe fremsatte Ampère den dristige antagelse, at al magnetisme har sin oprindelse i elektriske strømme.

I de følgende år udviklede han en matematisk lov for kraften mellem to infinitesimale (dvs. uendeligt små) strømelementer. Kraften viste sig at aftage med kvadratet på afstanden mellem strømelementerne. Den havde altså samme struktur som tyngdekraften og de elektriske kræfter. Gennem sin matematiske analyse af fænomenet var det lykkedes Ampère at genoprette den uorden, som Ørsteds opdagelse havde skabt i den etablerede fysiks opfattelse af, at verden består af partikler, som påvirker hinanden med centrale kræfter.

Ampères ideer blev videreudviklet af en række fysikere, ikke mindst tyskeren Wilhelm Weber, som antog, at elektrisk strøm består af ladede partikler i bevægelse. Ad denne vej lykkedes det ham midt i 1800-tallet at forene Coulombs lov og de elektrodynamiske love i en og samme kraftlov. Mange fandt det tilfredsstillende, at Webers kraftlov nu kunne forklare alle elektriske og magnetiske fænomener, ligesom Newtons gravitationslov forklarede planeternes bevægelse.

De elektromagnetiske fænomener kunne imidlertid også forstås på en helt anden måde.

Faraday og den elektro­magnetiske induktion

På den anden side af den engelske kanal fulgte den selvlærte kemiker Michael Faraday interesseret med i udforskningen af elektromagnetismen. Han var – ligesom Ørsted – ikke begejstret for reduktionen af alle fænomener til centralkræfter.

Han var mere tiltrukket af Ørsteds ide om, at den elektromagnetiske virkning hovedsageligt var noget, som foregik rundt om ledningen. Antagelsen blev styrket af, at han i 1821 formåede at lave et apparat, hvor en magnet roterede omkring en strømførende leder. Dette princip er videreudviklet til vor tids allestedsnærværende elektromotorer, som står for omkring halvdelen af det globale elforbrug.

Af endnu større betydning var det, at Faraday i 1831 opdagede, at der bliver skabt en elektrisk strøm, når man ændrer magnetfeltet i en spole. Så hvor Ørsted havde vist, at strøm kan bevæge en magnet, havde Faraday vist det omvendte: at bevægelse af en magnet kan skabe strøm. Elektromagnetisk induktion står i dag for over 90 % af al strøm, som produceres på Jorden.

Elektromagnetiske felter

Faraday formulerede induktionsfænomenet således, at der i en ledning, som skærer en “magnetisk kurve”, fremkaldes en kraft, som driver en strøm igennem ledningen. Med begrebet magnetisk kurve var han med til at etablere den forestilling om elektromagnetiske felter, som vi har i dag.

For Faraday var feltlinjerne i rummet omkring en magnet eller en strømførende ledning lige så reelle som magneten eller ledningen selv. Det sås blandt andet ved, at feltlinjerne kunne synliggøres med jernfilspåner på et stykke papir.

Ligesom Ørsted var Faraday ikke særlig god til matematik, så hans teori var rent billedlig. Men fra midten af 1800-tallet forsøgte flere britiske fysikere at udtrykke den matematisk. Ikke mindst skotten James Clerk Maxwell fik i løbet af et par årtier udviklet en sammenhængende feltteori for elektromagnetiske fænomener.

Maxwells ligninger og lysbølgerne

Maxwell tog udgangspunkt i den såkaldte æter, som var det hypotetiske, altgennemtrængende medium, alle kræfter mentes at udbrede sig i. Æteren blev tillagt nogle mekaniske egenskaber, som Maxwell oversatte til egenskaber for de elektriske og magnetiske felter. Ud fra denne mekaniske model kunne han matematisk beskrive de elektriske og magnetiske fænomener, som Ørsted, Faraday og andre havde opdaget.

For at kunne gøre rede for isolatorers egenskaber var Maxwell nødt til at forestille sig, at æteren var elastisk. Det havde imidlertid den konsekvens, at der måtte kunne udbrede sig bølger igennem den. Når han indsatte de kendte elektromagnetiske konstanter i teorien, kom han til det overraskende resultat, at disse æterbølger udbredte sig med lysets hastighed. Derfor konkluderede han, at lys er bølgebevægelser i det samme medium, som er årsagen til de elektriske og magnetiske fænomener. Så ligesom Ørsted med sin opdagelse havde forenet elektricitet og magnetisme til ét samlet fænomen, havde Maxwell et halvt århundrede senere forenet elektrodynamikken og optikken.

En lykkelig syntese

Denne bedrift ændrede dog ikke på, at fysikerne stod med to stærke og fuldstændig forskellige teorier for det fænomen, som Ørsted havde opdaget i 1820: Webers teori, der indeholdt elektriske partikler, men ingen felter, og Maxwells teori, der indeholdt felter, men ingen elektriske partikler.

Dette tilsyneladende paradoks blev løst af den hollandske fysiker Hendrik A. Lorentz, der i 1890’erne udviklede en elektronteori, som han kombinerede med Maxwells teori. Derved blev det muligt at opfatte ladede partikler som kilder til felterne. Tilsvarende kunne felterne udøve en kraft på partiklerne. På denne måde kunne han integrere partikel- og feltperspektivet.

Takket være denne tilføjelse står Maxwells ligninger – der som nævnt var baseret på en mekanisk model af en “æter”, som vi siden har forladt ideen om, da den ikke kan påvises – stadig som den bedste teori for alskens elektromagnetiske fænomener. ♦