— Objavljeno 24/08/2025 / Bug.hr.
Kako su nas čudotvorne paleolitičke figurice od jantara postupno dovele do pojma električnog naboja i konačno do jedne od najplodonosnijih koncepcija u cijeloj današnjoj fizici, ideje polja
Figurice koje su naši preci izrađivali još u starijem kamenom dobu, paleolitiku, bile su od različitih materijala dostupnih u tadašnjem okolišu. One koje su ostale sačuvane do danas najčešće su kamene i koštane. No, još se jedan materijal pokazao trajnim: jantar. To je biljna smola crnogoričnog drveća, najčešće žute boje, koja se može lijepo obraditi i koja, iz perspektive drevnog čovjeka, radi čuda. Naime, kad ju protrljate privlači neke sitne predmete, recimo komadiće slame. Perzijska riječ za jantar znači „onaj koji privlači slamu”. A od grčke riječi za jantar potječe riječ elektricitet.
Električni naboj
Elektricitet je prepoznat kao svojstvo (nekih) tvari koje pod određenim uvjetima (recimo, nakon trljanja) privlače sitne čestice. Dugo je trebalo da se od čuđenja i pridavanja natprirodnih, zaštitničkih i iscjeliteljskih svojstva dođe do prirodoznanstvenog razumijevanja. Jer… nema fizike bez mjerenja. Elektricitet je trebalo kvantificirati, odrediti mu količinu, odnosno veličinu koja se može mjeriti. I eto, količina elektriciteta naziva se električni naboj. Njegova mjerna jedinica je kulon, a pripadajući simbol C, u čast Coulomba, francuskog fizičara iz 18. stoljeća.
Od električne sile do električnog polja
Opažanjima i mjerenjima se utvrdilo da taj električni naboj ima dva važna svojstva. Prvo, postoje dvije vrste električnog naboja. Mogli smo ih nazvati prvi i drugi ili lijevi i desni ili veseli i tužni, svejedno. Odluka je pala na pozitivni i negativni. Imajte uvijek na umu da su to samo proizvoljno pridružene etikete, da ti nazivi ne kriju nikakva značenja. Bitno je da se istoimeni električni naboji odbijaju, jedan na drugoga djeluju odbojnom silom, a raznoimeni se privlače, jedan na drugoga djeluju privlačnom silom. Drugo je svojstvo kvantiziranost. Postoji kvant električnog naboja, najmanji mogući iznos. Označavamo ga simbolom e, a izražen u kulonima on iznosi točno 1,602176634 · 10−19 C. Ovaj „točno” je pak priča za sebe. Ovdje ću samo reći da su mjerne jedinice stvar našeg dogovora, a o tom dogovoru onda ovisi numerički iznos fizičkih konstanti pa tako i e. U tom dogovoru možemo stvari i okrenuti. Najprije odabrati numerički iznos fizičkih konstanti, a onda na temelju njih definirati mjerne jedinice. Takva revolucionarna redefinicija svih sedam osnovnih mjernih jedinica napravljena je 2019. godine, a oni stvarno znatiželjni više mogu pročitati u mojem članku What Exactly Are the New Definitions of Kilogram and Other SI Units?
Spomenuti Coulomb, punim imenom Charles-Augustin de Coulomb, prvi se uhvatio posla da elektricitetu uzme mjeru. Otkrio je da iznos sile između dva električna naboja (smještena na sitna tijela) ovisi o iznosu svakog od naboja, ali i o udaljenosti dvaju tijela. Malo detaljnije, sila je proporcionalna iznosu svakog od naboja i obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti dvaju sitnih tijela koja nose te naboje. Matematički zapis tih činjenica danas je poznat kao Coulombov zakon.
Ukratko, električki nabijena tijela međusobno se privlače ili odbijaju Coulombovom silom koju možemo izračunati ako znamo iznose naboja i međusobnu udaljenost tijela. To je fizika 18. stoljeća i nešto što se danas uči već u osnovnoj školi. A sad dolazi intelektualna vratolomija… ideja polja.
Krenimo od ona dva naboja koja međudjeluju Coulombovom silom. Jednog ćemo proglasiti šefom. On je glavni naboj. Ne radi ništa, samo sjedi. Drugog ćemo zvati probni naboj. On je potrčko. Stavljamo ga u razne točke prostora, oko glavnog naboja, i u svakoj od tih točaka računamo (ili mjerimo) električnu silu. U različitim točkama te su sile različite, po iznosu, smjeru i orijentaciji. U matematičkom smislu, to su vektori. E sad, ako sve dobivene sile podijelimo s iznosom probnog naboja dobivamo, za svaku točku prostora, neki vektor koji više ne ovisi o probnom naboju. Ovisi samo o glavnom naboju. To više nisu sile, to su druge veličine koje nam govore kakva bi bila sila kad bi u tu točku stavili neki naboj. Glavni naboj prostoru oko sebe dodaje jedno novo svojstvo. To svojstvo u prostoru oko električnog naboja nazivamo električnim poljem. Na prvi pogled to je samo jedna matematička apstrakcija koja fizičarima valjda nešto znači, da lakše predoče i predvide utjecaje naboja. Pokazalo se, međutim, da je ideja polja puno više od matematičkog pomagala.
Ideja polja pokazala se temeljnom idejom u fizici. Polje je fundamentalna veličina, ono je fizički stvarno, nosi energiju. A sila je ispala… drugotna (ako sad mislite da se rugam šovinistima koji tu riječ rado koriste, u pravu ste, rugam se). Osim električnog polja korisnim se pokazala ideja magnetskog polja, gravitacijskog polja i raznih drugih polja. Ideja se zapravo najprije pojavila za magnetsko polje, a uveo ju je Michael Faraday, čovjek koji nije bio školovan (jer za to nije imao priliku), ali je bio izuzetno obrazovan, učio je sam pa je od laboratorijskog pomoćnika napredovao do jednog od najutjecajnijih fizičara u povijesti. Magnetskim poljima bavit će se Abeceda fizike #22.
Zaključno, polje je jedan apstraktni izum koji možemo definirati kao područje utjecaja. Tu sam konciznu definiciju preuzeo iz jedne divne knjige za mlade koju je nedavno objavila, kao prijevod sa slovenskog, Naklada Ljevak. Autorica je Tina Bilban, a naslov 50 apstraktnih izuma. Za svaku preporuku svima, ne samo mladima.