電磁學的發展（Electromagnetism）

電磁學的發展（Electromagnetism）
臺中縣立中港高級中學物理科中港高中物理科王尊信老師/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

電磁學的形成是由馬克士威(Maxwell)集靜電、靜磁、電流、電流磁效應與電磁感應五大領域而寫成馬克士威四大方程式而確立。然而電磁學的發展並不因為電磁學理論的完備而停止，後續還有很多的發展。
1905年愛因斯坦提出狹義相對論(specific relativity)主要是修正牛頓的時空絕對論與馬克士威的光速改變理論。對馬克斯威方程式而言，在不同坐標下，因為相對速度的改變，所以光速也會隨之改變，這種舊的轉換稱為伽利略轉換(Galilean transformation)。
但根據後來的實驗證實：真空中光速不隨觀察者的座標不同而改變，因此愛因斯坦在狹義相對論中提出：真空光速為定值的理論，且任何觀察者的座標系統下，均不可能超過真空光速。

這個理論使馬克士威方程式在不同座標系間必須使用羅倫斯轉換(Lorentz transformation)。 在不考慮相對論下的電磁學又可稱為古典電動力學(classical electrodynamics，CED)，簡稱為電動力學，但是電動力學其實包含靜電與靜磁以及靜力平衡等，未必是動力學(dynamics)。

在相對論之後，眾人發展出量子力學，後來演變成量子場論和量子電動力學(quantum electrodynamics，QED)兩支，在1920年被提出，受到阿貝爾規範理論(abelian gauge theory)，對於光子、電子與正子的交互作用以朗格朗日(Lagrangian)作規範。

在古典光學中，光依照費瑪定理(Fermat’s principle)採取最短或最長或其他路徑通過介質，相同地在量子電動力學中，光在通過透鏡或小孔時，觀察者偵測到的是所有光的波函數相加的結果，而其他觀察者看到的是等價的或是無限多項數學展開式的集合(sets of mathematical expansions)，因此光速可能大於c，卻也可能小於c，但整體平均為c。

在物理上，量子電動力學描述帶電粒子或他們的反粒子，利用光子交換來達到交互作用。交互作用的量值，可以利用微擾理論(perturbation theory)來求得，這些複雜的公式可以用費曼圖(Feynman diagrams)來表示。

參考資料:
http://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetism