「光も電波も同じ波」
人類史上 最重要方程式ベスト10 その1
マクスウェル方程式は電気・磁気・光を統一し、電磁波の存在を予言した。
電磁気学を四つの式で表す、世界で最も美しい方程式の一つと言われるマクスウェルの方程式。
マクスウェル方程式は「自然界の情報の流れ」を描く宇宙の方程式。電気・磁気・光・空間時間構造、そしてエネルギー伝達のすべての出発点になりました。
マクスウェルの方程式（James Clerk Maxwell, 1865）の画期的な点は、単に「電気と磁気を説明した」ことにとどまりません。それは自然界の統一と光の正体の発見という、19世紀科学の到達点であり、20世紀物理学の出発点でもありました。
1. 電気と磁気を統一した
それまで別々に考えられていた「電気現象」と「磁気現象」が、実は一つの現象＝電磁場として統一的に記述されることを初めて示しました。
• クーロンの法則（電場）
• アンペールの法則（磁場）
• ファラデーの法則（電磁誘導）
→ これらを統合し、数学的に一貫した理論体系を構築したのです。
2. 「光の正体」が電磁波であると証明した
マクスウェルは式の中から、何の媒質もなく波動が伝わる解（波動方程式）を導き、
という結果から、「これは光の速さと一致する」と結論づけました。
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この式を中学生でも理解できるように話すにはどうしたら良いのか、ちょっと考えてみました。
■ マクスウェルの方程式とは？
→ 電気と磁気のふるまいをまとめた4つの法則
→ この4つから、光（＝電磁波）が真空でも進む理由がわかる。(同じ周波数を持つ音波は空気や水などの媒質が必要)
■ その1：電気の出入り口のルール
「電気は + から出て − に入る」
電気（電場）は プラスの電気から外に出て、マイナスに入る
風船をこすった時の静電気の“チクッ”はこれ！
→ イメージ：電気は「水道の水」のように出たり入ったりする
■ その2：磁石に“出入り口”はない
「磁石にはN極とS極が必ずペアである」
磁石には N極だけ・S極だけ というものは存在しない
N極を切っても、またNとSができてしまう
→ 磁力線はぐるっと輪になっているイメージ
■ その3：磁石が動くと電気が生まれる
「磁石を動かすと、近くの電気が動き出す」
コイルの中で磁石を動かすと、電流が流れる（発電！）
自転車のライト（ダイナモ）はこれを利用
→ これは磁石が電気を作る法則
■ その4：電気が動くと磁石が生まれる
「電気が動くと、まわりに磁力ができる」
電流が流れると、その周りに磁場（磁力線）ができる
電車やモーターが動くのはこの性質
→ これは電気が磁石を作る法則
■ そして、光は「電気と磁気のドッジボール」
上の4つを組み合わせると──
1. 電気が変わると → 磁気が生まれる
2. 磁気が変わると → また電気が生まれる
3. これが交互に続くと → 電気と磁気の波ができる！
4. この波が空間を進む → それが光＝電磁波！
