Идеја о немогућности одвојеног постојања електричног без магнетног поља потиче од Џејмса Клерка Максвела[5][6][7], који је 1873. године предложио концепт по којем око сваког наелектрисања постоји и електрично и магнетно поље[8] (осим за појединачне референтне системе) па се стога говори о електромагнетној сили.[9]
Електрицитет и магнетизам су сматрани двијема различтим силама. То се размишљање променило након што је Џејмс Клерк Максвел 1873. објавио Treatise on Electricity and Magnetism[10] у којем је показао да је међуделовање позитивног и негативног набоја једна сила. Из тих међуделовања произлазе четири главна учинка која су била јасно показана експериментима:[11]
Електрични набоји се међусобно привлаче или одбијају силом обрнуто пропорционалном квадрату удаљености међу њима: набоји супротног предзнака се привлаче а набоји истог предзнака се одбијају.
Магнетски полови се привлаче или одбијају на сличан начин и увек се налазе у пару: сваки северни пол је везан јужним полом.
Електрична струја се индукује у петљи жице кад се жица помиче према или од магнетског поља, или се магнет помиче према или од жице. Смер струје зависи од смера помицања.
Електромагнетна сила је одговорна за практично све догађаје који се збивају у свакодневном животу уз један изузетак, гравитацију. Грубо говорећи, све силе укључене у међуделовања између атома можемо пратити до електромагнетне силе која делује на протоне и електроне унутар атома. То укључује силе које се јављају при „гурању“ или „вучењу“ уобичајене материјалне ствари, које долазе од унутармолекуларних сила између појединачних молекула у нашим телима и оних у објектима. Ту такође спадају хемијски феномени, који настају у међуделовањима између електронских орбитала.
У другом раду објављеном 1905. године, Алберт Ајнштајн је поткопао саме темеље класичног електромагнетизма. У његовој теорији фотоелектричног ефекта, за који је награђен Нобеловом наградом за физику, он је постулирао да светлост може да постоји у дискретним, честицама сличним квантитетима, који су касније названи фотонима. Ајншајнова теорија фотоелектричног ефекта је пружила бољи увид у закључке који су произашли из решења ултраљубичасте катастрофе, које је представио Макс Планк 1900. године, и који је сковао термни „квант“. У свом раду, Планк је показао да топли објекти емитују електромагнетну радијацију у дискретним пакетима (квантима), што има за последицу коначност тоталне енергије емитоване као радијација црног тела. Оба ова резултата су била у директној контрадикцији са класичним гледиштем светлости као континуираног таласа. Планкова и Ајншајнова теорија су биле претече квантне механике, која је формулисана 1925. године, и у оквиру које је дошло до изума квантне теорије електромагнетизма.
Максвелове једначине су замењене квантном електродинамиком. Ричард Фајнман је то називао „драгуљом физике“[13]:Ch1 због изузетно тачних предвиђања квантитета као што је Лемово померање,[14] и мерења магнетног момента електрона.[15] Електромагнетно поље се квантизује тако што се подразумева да је свака тачка у простору и времену квантни хармонијски осцилатор. Празно поље (стање вакуума) рандомно флуктуира као последица принципа неодређености. Ова теорија је комплетирана током 1940-тих и 1950-тих. Она је најтачнија теорија позната у физици у ситуацијама где се може применити теорија пертурбација. Попут класичног електромагнетизма, квантна електродинамика је линеарна U(1) мерна група.
Електрослаба интеракција је опис јединствене теорије поља две од четири познате фундаменталне интеракције природе: електромагнетизма и слабе интеракције. Она је у SU(2) × U(1) мерној група. Мада ове две силе изледају веома различито при свакодневним ниским енергијама, теорија их моделује као два различита аспекта исте силе. При енергијама већим од 100 GeV, званим енергија уједињења, ове две силе се спајају у заједничку електрослабу силу. Кад је свемир био довољно топао (приближно 1015K, што је температуре која је била премашена краткотрајно након великог праска) електромагнетна сила и слаба сила су биле спојене у електрослабу силу. Са хлађењем свемира, на крају електрослабе епохе, електрослаба сила се раздвојила у електромагнетну силу слабу силу. Током следеће кваркне епохе, још увек је било сувише топло за кваркове да се комбинују у хадроне и они су се слогодно кретали.
Математички модели који се користе у класичном електромагнетизму, квантној електродинамици и стандардном моделу сви третирају електромагнетну силу као линеарни сет једначина. У тим теоријама електромагнетизам је U(1) мерна теорија, чија тополошка својства не дозвољавају било какве комплексне нелинеарне интеракције поља са самим собом.[16] На пример, у квантно електродинамичком вакууму поље рандомно флуктуира као последица принципа неизвесности, али ове флуктуације се међусобно поништавају без икаквог опажљивог ефекта. Међутим, постоји мноштово опажања нелинеарних физичких електромагнетиних феномена, као што су Ахаронов-Бомов (АБ)[17][18] и Алтшулер–Аронов–Спиваков (ААС) ефекти,[19]Беријев,[20] Ахаронов–Ананданов,[21] Панчаратнамов[22] и Ђијао–Вуов[23] фазно ротациони ефекти, Џосефсонов ефекат,[24][25]Квантни ефекат Хола,[26]ефекат де Хас–ван Алфена,[27]Сагнаков ефекат и многи други физички уочљиви феномени који дају индикације да поље електромагнетног потенцијала има реално физичко значење, и да није само математички артефакт[28] и да стога једна свеобухватна теорија не би ограничила електромагнетизам као локалну силу као што се то тренутно ради, него као SU(2) мерну теорију или са вишим редом геометрије. Виши редови симетрије омогућавају нелинеарна, непериодична понашања што се манифестује низом комплексних неравнотежних феномена који се не јављају у линеаризованој U(1) теорији, као што су вишеструка стабилна стања, ломљење симетрије и хаос.[29]
^G. Gabrielse, D. Hanneke, T. Kinoshita, M. Nio, and B. Odom, New Determination of the Fine Structure Constant from the Electron g Value and QED, Phys. Rev. Lett. 97, 030802 (2006)
^Електромагнетска сила, "Хрватска енциклопедија", Лексикографски завод Мирослав Крлежа, www.enciklopedija.hr, 2016.
^Pancharatnam, S. (1956). „Generalized theory of interference, and its applications”. Proceedings of the Indian Academy of Sciences. 44 (5): 247—262. doi:10.1007/BF03046050.
^Chiao, Raymond Y.; Wu, Yong-Shi (1986). „Manifestations of Berry's Topological Phase for the Photon”. Phys. Rev. Lett. 57 (8): 933. PMID10034203. doi:10.1103/PhysRevLett.57.933.
^B. D. Josephson (1962). „Possible new effects in superconductive tunnelling”. Phys. Lett. 1 (7): 251—253. doi:10.1016/0031-9163(62)91369-0.
^
K. v. Klitzing; G. Dorda; M. Pepper (1980). „New method for high-accuracy determination of the fine-structure constant based on quantized Hall resistance”. Phys. Rev. Lett. 45 (6): 494—497. Bibcode:1980PhRvL..45..494K. doi:10.1103/PhysRevLett.45.494.
^de Haas, W. J.; van Alphen, P. M. (1930). „The dependance of the susceptibility of diamagnetic metals upon the field”. Proc. Netherlands R. Acad. Sci. 33: 1106.