天才物理学者マックスウェルには「電磁場」がどのように見えていたのか？マックスウェルの原論文から、そのイメージを読み解いてみた!!
世界は「場」でできている！
物理学習者にとって難所となる「場」という概念。この「場」について、電磁場から量子場、そして重力場へと、マックスウェル、パウリ、アインシュタイン、ディラック、朝永振一郎、ファインマン――天才物理学者の思考の軌跡をなぞりながら、軽妙な語り口で見通しよく解説する話題の書『「場」がわかれば世界がわかる 電磁場・量子場・重力場 なぜ、波が伝わるのか』（講談社ブルーバックス）。
この記事では、（理系あるあるともいえる）高校時代に苦手意識を感じた「電磁場」について、「場」（電場・磁場）という視点から楽しく解説していきます！
マックスウェルの考えた謎の「歯車機械」
さっそくだがこの図1をご覧いただきたい。
なんです、これ？ 変な六角形の「歯車」のあいだに丸い「玉」がはさまれているように見える。どこかで見た機械の部品みたいですね。
じつは、このヘンテコな図は、電磁気学を完成させたジェイムズ・クラーク・マックスウェルの『物理的力線について』という論文に出ている挿絵なのだ。
そして、この機械部品のような図は、電磁場をあらわしているのである。
え？ どれが電磁場なのか？
わかりにくいけれど、順を追って説明していくのでご安心あれ。
歯車を「磁場」、丸い小さな玉は「電流」として考えると
まず、六角形の蜂の巣というか「歯車」が「磁場」をあらわしている。イメージとしては、空間に磁場の滑車がぎゅうぎゅう詰めになっていて、くるくる回っている。そんな感じです。
この六角形の磁場は回るけれども動きません。風車のように回るけれども場所は固定されている。
うーん、磁場という言葉は現代的すぎてイメージにそぐわないかもしれない。いっそのこと、「磁渦（じか）」とでも呼ぼうかしら。実際、マックスウェルは、「渦」（vortices）という言葉を使っている。
つぎに、六角形の滑車のあいだにはさまれた丸いパチンコ玉。これは「電流」をあらわす。と
いっても、ふつうの電流とはちょっとちがうので、とりあえず、「電流玉（でんりゅうだま）」とでも呼んでおきましょうか（電流玉というのは僕の造語です。念のため）。
この電流玉は、固定されていないので動くことができる。回転もするし左右にもずれることができる。電流玉が一列になって左から右へ流れているとき、電流が左から右へ流れているということになる。兵隊さんの行進みたいなイメージだ。
マックスウェルによれば、この磁渦と電流玉のあいだには摩擦がある。だから、磁渦が回転すると、摩擦によって、その周囲にある電流玉が回転をはじめる。
また、電流玉は場所が固定されていないので、摩擦によって回転するだけでなく、位置もずれてゆく。
マックスウェルは、なんと言ったのか？
ここでマックスウェルの原論文から引用してみよう。
さて、ABにおいて左から右へ電流が流れはじめたとしよう。ABの上の渦の列「gh」は、反時計方向に回りはじめる（この方向を＋と呼ぶことにする。時計まわりが−）。渦の列「kl」は、まだ静止している。
二つの列にはさまれた粒子の層は、下側を 「gh」によってはたらきかけられるが、上側は止まったままということになる。粒子層が自由に動きまわれるならば、負の方向に回りはじめ、同時に右から左へと移動するだろう。これは電流の流れる方向とは逆であり、誘導電流が生まれたことを意味する。
（マックスウェル『物理的力線について』竹内訳）
図2をご覧いただきたい。
とくに説明はいらないと思うが、空間の電磁場の動きをマックスウェルは歯車のような渦と玉のような電流として機械的にとらえているわけ。
論文をもう少し引用します。
電流が媒質の電気抵抗によって抑えられると、回転している粒子は渦の列「kl」 にはたらきかけて正の方向に回転させるが、その回転速度が充分になると粒子は「左右に」動くのをやめて、回転だけになって、誘導電流は消える。
さて、つぎに、最初の電流ABを止めると、列「gh」 の渦は抑えられるが、列「kl」の渦は依然として高速で回転を続ける。粒子の層PQは、上の渦の勢いによって左から右へと移動する。これは最初の電流と同じ向きである。だが、この動きが媒質の抵抗をうけるとPQより上の渦の動きは徐々に消えてゆく。
（『物理的力線について』竹内訳）
マックスウェルのイメージを要約すると
ちょっと解説いたしましょう。
まず、電気抵抗というのは電流の流れにくさのこと。凸凹（でこぼこ）道だと車の流れが悪くなるが、あれと同じ。
放っておくと渦の回転がどんどん上に伝わっていくような気がするが、そうは問屋が卸（おろ）さない。なぜなら、渦「gh」の回転は、すぐ上の電流玉PQを逆向きに回転させる。
同時に。PQを右から左に動かしてしまうからだ。PQは回転しながら左へ行進をはじめる。
PQが時計回りに回転しているだけならば、すぐ上の渦「kl」は反時計回りに回転をはじめるはず。だが、PQが鎖のようになって左へ全体として動いていくときに渦「kl」の下側をこするので、渦「kl」は時計回りに回転しなくてはいけない。
この反時計回りの力と時計回りの力が相殺（そうさい）し合うため、結局、渦「kl」は止まったままなのだ。
ところが、「電流が媒質の電気抵抗によって抑えられる」と話が変わる。電気抵抗のために、PQが左に動くのが遅くなったとする。
つまり、並進運動が弱まって回転が勝ったとする。そうすると、回転がすぐ上の渦「kl」に伝わって、渦は反時計方向に回転をはじめる。この渦の回転によって電流の流れPQは完全に止まるのである。
ちょっと複雑かもしれないが、僕も、はじめてマックスウェルの論文を読んだとき、チンプンカンプンであった。ただ読み流しただけでは理解できないのだ。
でも、自分で磁渦の回転と電流玉の回転と電流玉の並進運動をチェックしてみると、ちゃんとつじつまが合っていることがわかる。 図５・２ とにらめっこをして、しばし、回転が伝わるメカニズムを実感してもらいたい。
どうでしょうか？ しつこいようだが、回転の伝わり方がわかったら、次を読み進めてください。
電流ABの流れを止めてしまうと？
さて、最後に、電流ABの流れを堰（せ）き止めてしまったらどうなるか？
具体的にはスイッチを切ってしまうとか電線を切断するとか。とにかく、ABの動きを止めてしまう。すると、すぐ上の渦「gh」の回転は抑えられる。だが、力は瞬時には伝わらないので、渦「kl」は依然として回転したままだ。
そうなると、これまでは、上と下の渦の回転にはさまれて身動きがとれずに回転だけしていたPQが、上の渦「kl」だけの影響を受けるようになって、突然、右方向へ並進運動をはじめる。
つまり、最初の電流を止めると、止める前と同じ方向に誘導電流が生じるのである 図５・３ 。
マックスウェルの電磁場のイメージとは！
以上をまとめると、
�� 電流を流しはじめると、それとは反対方向の誘導電流が生じる
�� 電流を止めると、止める前と同じ方向の誘導電流が生じる
わかったようなわからないような。ちょっと気持ちが悪い。電流だけに注目しているからだ。もっと巧（うま）くまとめてみよう。
�� 電流を流しはじめると、磁渦（gh）の回転が伝わって、反対方向の誘導電流が生じる
�� 電流を止めると、磁渦（kl）の回転の惰性によって、止める前と同じ方向の誘導電流が生じる
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