Il concetto noto come teoria delle onde elettromagnetiche è nato dal lavoro di James Clerk Maxwell e Heinrich Hertz. Secondo le equazioni elettriche e magnetiche postulate da Maxwell, i campi elettromagnetici assomigliano a un’onda sia nella struttura che nell’azione. Le onde elettromagnetiche coincidono con la misura della velocità della luce, rendendo la luce stessa un’onda elettromagnetica.
I campi elettrici variano nello spazio e generano un campo magnetico variabile nel tempo. Allo stesso modo, i campi magnetici faranno lo stesso per i campi elettrici, facendo funzionare i due concetti all’unisono. Insieme i due campi oscilleranno e creeranno un’onda elettromagnetica.
Le proprietà fisiche della teoria delle onde elettromagnetiche assumono la forma dell’elettrodinamica. Questo aspetto della teoria significa che qualsiasi campo elettromagnetico presente nello stesso spazio è considerato un campo vettoriale, un’onda con direzione e lunghezza. In quanto tale, può fondersi con altri campi vettoriali. Ad esempio, quando un’onda elettromagnetica colpisce una molecola, gli atomi all’interno di quella molecola iniziano a oscillare, emettendo le proprie onde elettromagnetiche, impattando l’onda originale. Secondo la teoria delle onde elettromagnetiche, ciò causerà rifrazione, un cambiamento di velocità, o diffrazione, un cambiamento di lunghezza d’onda.
Poiché la luce è un tipo di onda elettromagnetica, la teoria determina che l’oscillazione della luce non può essere influenzata da altri campi elettrici o magnetici statici. Tuttavia, le interazioni tra determinati eventi esterni, come la luce che viaggia attraverso un cristallo, possono avere un effetto. Secondo la teoria delle onde elettromagnetiche, i campi magnetici che colpiscono la luce causeranno l’effetto Faraday e i campi elettrici che colpiscono la luce causeranno l’effetto Kerr, una riduzione della velocità delle onde luminose.
La frequenza è un aspetto molto importante di questa teoria. L’oscillazione dell’onda è misurata da hertz, l’unità per la frequenza. Un hertz è uguale a un’oscillazione al secondo. Quando un’onda elettromagnetica, come nel caso della luce, crea onde a frequenze diverse, viene considerata uno spettro.
Piccole particelle di energia chiamate fotoni sono le unità di base della radiazione elettromagnetica. Mentre i fotoni viaggiano, l’onda segue e crea una frequenza proporzionale alla particella. I fotoni vengono assorbiti dagli atomi, che a loro volta eccitano gli elettroni. Quando l’elettrone raggiunge un livello di energia sufficientemente alto, sfugge all’attrazione positiva del nucleo. Se il livello di energia dell’elettrone si abbassa, viene emesso un fotone di luce.
La teoria delle onde elettromagnetiche afferma che qualsiasi accelerazione di una carica elettrica o cambiamento nel campo magnetico produce radiazioni. Questa radiazione può presentarsi sotto forma di un’onda o di una particella. Velocità, lunghezza d’onda e frequenza sono i fattori associati alle onde. Le particelle contengono energia individualizzata pari alla frequenza. Indipendentemente dal tipo, la radiazione elettromagnetica viaggia nel vuoto alla velocità della luce. Questo fatto spinse Albert Einstein a stabilire la teoria della relatività.