Geniul de la un magnet bec de un singur pol, revista Popular Mechanics
Oricare dintre noi din copilărie știe că doi poli ai magnetului. Orice ai bea, fiecare din piesele vor fi din nou un magnet cu doi poli, și de a primi nord separat și polul sud al imposibilul. Există o glumă despre un fizician care a brevetat o metodă de fabricare a unui magnet cu un singur pol - un monopole - și a devenit fabulos de bogat, pentru că el a avut un monopol.
Un fizician britanic genial Pol Dirak, care a prezentat în 1931, când a fost de 28 de ani, ideea existenței particulelor cu încărcătură magnetică - monopole pe ea nu este o avere. Cincizeci de ani mai târziu, la o conferință la aniversarea a ipotezei sale, el a admis: „Sunt înclinat să cred că încă mai există monopolul. Confirmarea experimentală nu este primit. " Cu toate acestea, o întreagă epocă de speranță și dezamăgire nu ar putea submina interesul pentru ideea frumoasă, care poate clarifica foarte mult în procesul de creare a universului. Oamenii de stiinta de la # 8209, este încă în căutarea și nu pot găsi încă un campion printre masa de locuitori ai unui microcosmos. Amintind de „ceapa“, cu o mulțime de putere, „fulgi“ dimensiunea monopole poate fi comparat cu o amibă, și a energiei conținute în ea - cu o bombă cu hidrogen.
clapping O mână
Pol Dirak, precum și mulți oameni de știință mari, cred în frumusețea universului, în simetria naturii și că universul nu la nimic nu arată preferințele.
Dzheyms Maksvell a aprobat în cele din urmă o unitate de electricitate și magnetism în teoria sa. Sa constatat că forța electrică a acționat în această unitate este destul de decente. Ea a avut o particulă care transportă o sarcină, mărimea și greutatea care poate fi măsurat. In schimb, sursa de câmp magnetic - taxe magnetice - nu a putut fi găsit.
Nu a reușit și până în prezent. Și această asimetrie, comportamentul inegal al forțelor uniforme, în esență, este neplăcut pentru fizicieni. Ceva de genul asta, ca și cum am putea auzi aplauze, dar a văzut doar o singură mână să aplaude.
În ecuațiile lui Maxwell pentru câmpurile imediat lovit de simetrie lor. Ambele domenii - și magnetice și electrice - echivalent. Mai mult decât atât - acestea sunt interdependente: a schimbat domeniul electric - magnetic se produce schimbări magnetice - apare electrice. Cu toate acestea, în două din cele patru Maxwell ecuațiile de simetrie este rupt: există sarcini electrice și magnetice - nu; Liniile de câmp electric începe și se termină la taxa și liniile de câmp magnetic - cerc închis.
Pol Dirak a fost un om a cărui teorie a frumuseții a jucat un rol crucial, iar credința că frumusețea nu este doar a condus la descoperiri uimitoare. Ipoteza existenței monopolului Dirac ar suna aproape răzvrătiți, dacă câțiva ani înainte de aceasta, pe baza considerațiilor pe care ar trebui să guverneze toate simetria nu este sugerat că există un electron încărcat pozitiv - pozitroni. Și în 1932, pozitroni a fost descoperit experimental.
Cu monopole mai puțin norocoși. În calculele Dirac, o taxa de monopole magnetică trebuie să aibă o mai mare de masă și, prin urmare, o mai mare capacitate de ionizare. Datorită acestui fapt, se deplasează prin monopolizat substanța ar avea o forță extraordinară de a perturba electronii din atomii lor orbite. Pe lângă acești atomi „zdrente“ ar fi mult mai gros decât particulele elementare uzuale.
Urmele au căutat stăruitor pretutindeni: razele cosmice, în meteoriți în pământ și sol luna în experimente accelerator. Și aproape toate experimentele, cu excepția uneia sau două, care sunt discutate mai târziu, sa încheiat cu un eșec total. Cu toate acestea, nici unul dintre rezultat negativ, sau toate împreună „aproape“ monopole nu se poate. Ele se referă numai la câmpul de căutare.
În cazul în care un an, pe o suprafață de o sută de metri pătrați de aer exterior, chiar si cu instrumente foarte sensibile nu a putut fi găsită în razele piese cosmice de particule cu putere de ionizare foarte mare, trebuie să acceptăm faptul că acestea sunt mai puțin de curgere mult de o sută de metri pătrați pe an . Și dacă studiați 100 sq. m mică și Obsidian, a zăcut în adâncurile pământului aproximativ o sută de milioane de ani, și nu au fost încununate de succes, prin urmare, fluxul monopole nu este mai mult de 100 milioane ani (sau ceea ce este același lucru, nu mai mult de un Monopolul printr-un kilometru pătrat al planetei timp de un an) .
De ce Monopole?
În ceea ce privește fizica, descoperirea Monopolul se va întoarce la ecuațiile lui Maxwell în simetrie materia între electricitate și magnetism. Cu toate acestea, nici unul dintre cunoscut legea fizicii nu interzice monopole există într-adevăr în natură.
În plus, oamenii de stiinta scopul de a găsi un monopol, pentru că existența ei ar explica câteva lucruri „se întâmplă“, pe de cealaltă parte a ecuațiilor lui Maxwell - Cuantizarea sarcină electrică. Cu alte cuvinte, pentru a răspunde la întrebarea de ce sarcina electrica nu poate fi mai mică decât taxa de electroni și întotdeauna un multiplu al taxei de electroni.
Această corespondență este primul de a stabili un fizician englez Robert Millikan, a câștigat 1923 Premiul Nobel pentru experiența conducandu, care a confirmat teoria lui Einstein. Millikan a constatat că taxa este cuantificată, adică, nu se poate lua orice, dar numai anumite valori. Acolo 2e taxe (în cazul în care e - taxa de electroni), 137e, 123456e, dar niciodată - 1,5e.
Nu este nimic extraordinar în acest sens. În mecanica cuantică, multe valori cuantizate. De exemplu, energia (electroni permis să ocupe doar o parte din orbita in jurul nucleului). Și acesta este motivul pentru care taxa electric este cuantificată, nu este clar.
În căutarea unei ecuații Dirac răspuns folosind aceleași mecanica cuantică. Cu ajutorul lor, este descris un sistem în care electronul care se învârte în jurul încărcăturii magnetic retras. Soluția ecuației, există doar o singură condiție: dacă sarcina electronului ia o anumită valoare, care este cuantificată. Dar dacă există în natura încărcare magnetice, este de înțeles de ce electric cuantificată - aceasta rezultă din ecuație. Apoi a fost cel mai important argument în favoarea monopolului.
Super și e de mirare-combustibil
O altă ipoteză a existenței magnetice a apărut monopoli mult mai târziu, în lucrările olandez teoreticianul Gerard „t Hooft câștigătorul premiului Nobel și fizicianul sovietic Aleksandra Polyakova. Acesta a fost reflectat în așa-numita teorie a Marii Uniri.
Aceasta este o încercare de a demonstra natura unificată și interacțiunea slabă, care se manifestă în dezintegrarea particulelor elementare și interacțiunea puternică, exemplificat prin fuziunea nucleară în interiorul stele și soarele, sau explozia unei bombe cu hidrogen și - electromagnetism. Primele două interacțiuni, deschise în secolul XX, au fost adăugate la gravitatea newtoniană și electromagnetismul lui Maxwell că Einstein a încercat să unifice într-o singură teorie acum 100 de ani. Acum fizica actuală doresc să facă cunoscută lor interacțiunea naturală la „numitor comun.“
O consecință T teoria Hooft și Polyakov este obligatorie ipoteza existenței în sistemul de Grand monopolii magnetice unificate. În același timp, potrivit teoriei, precum magnetul are doi poli, în natură și ar trebui să fie două tipuri de monopoli - „nordic“ și „sud“. Și ei trebuie să fie foarte diferite în structura de particule punctiforme, cum ar fi cuarci. Monopole place mai degrabă o ceapa, care straturi constituie o zonă de putere.
calcule fizice arată că caracteristica de bază a monopolizat - un imens (de standardele microcosmos) Greutate: aproximativ zece miliarde de un gram. Și, în conformitate cu cele mai recente date privind coliziuni proton-antiproton la Tevatron Fermilab. E. Fermi, estimată limita inferioară a greutății Monopolul magnetice poate fie între 10 și 16 minute grad de miliarde de electron-volți (MeV). Acesta din urmă explică imposibilitatea nașterii monopolii Mare Unificare acceleratori sau a le afișa în mai multe procese care au loc în univers, pentru că ei s-au născut pur și simplu nu au avut suficientă energie.
Astfel, monopolii Grand Unified uite de stocare a energiei gigantice, în care miliarde de miliarde de ori mai mare eliberat în timpul fisiunea uraniului într-un reactor nuclear. Dar, în ordine, adică, polii nord și sud la energia internă a monopole decuplat ar trebui să se întâmple și anihilarea monopole antimonopole.
Dacă am putea produce sau de a obține aceste și alte monopoluri și a le stoca în unele „nave“ electromagnetice care se amestecă de poli de nord, cu o cantitate egală de sud, am putea obține energie incredibil atât în scopuri pașnice și militare.
Unii geofizicieni presupun că monopoli ajunge la Pământ este încetinirea în scoarța sa, și după ce a ajuns la miezul planetei, se acumulează acolo, „nord“ - la polul sud, și „Sud“ - la nord. Atunci când modificările câmpului geomagnetic, monopolurile pot migra și chiar se confruntă. Pe baza acestor ipoteze, unele cap la cald, chiar cred că anihilarea lor și asigură căldura internă a Pământului. Dar, în timp ce acest lucru este pur fantezie știință.
Între timp, oamenii de știință continuă să experimenteze, încercând să găsească dovezi cel puțin indirectă a existenței unui monopol.
„Amprente“
Iarna 1982 bLez Kabrera de la Universitatea Stanford a înregistrat semnalul, foarte similar cu amprenta de monopol. Detector, în care inelul superconductorului nestingherita curentului în mișcare (respectiv, așa cum a fost întotdeauna, și câmpul magnetic generat de mișcarea sa) a relevat un salt curent, similar ca și în cazul în care, prin inelul magnet ținut. sari nivel corespundea în prealabil cu valoarea calculată a monopolului.
Aproape șase luni Cabrera păzeau monopole electronic. Ea a înregistrat un semnal care ar putea provoca numai particula sau ... echipamente de neînchipuit oshibshayasya.
Desigur, nu se poate calcula măsurarea debitului de monopoli. Cu toate acestea, din experiența sa dovedit că probabilitatea este jumătate din monopolizat pe o suprafață de aproximativ 100 de centimetri pătrați Cu alte cuvinte, dacă presupunem că, la momentul există monopoli în razele cosmice sunt destul de uniform, peste milioane de ani prin acest domeniu ar trebui să zboare aproximativ două milioane de monopoli. Și acest rezultat este de milioane de ori mai mare decât limitele, obținute folosind mică și Obsidian. Experiența a fost repetată în mai multe laboratoare, dar fără nici un rezultat ...
Ioshinori Tokura japonez Institutul National de industriale avansate Stiinta si Tehnologie a decis să caute urme de poli magnetici, oricum. Conform calculelor, comportamentul poli magnetici ar putea influența așa-numitul efect Hall aberant.
Esența efectului, deschis Edwin Hall în 1879, constă în faptul că, în cazul în care un curent de-a lungul omitere placa metalică plasată în câmpul magnetic, un câmp electric apare aici ca o direcție perpendiculară pe câmpul magnetic și direcția curentului. Acest lucru se datorează comportamentului electronilor sub efectul trecerii câmpului magnetic la una din fețele plăcii.
Deoarece mobilitatea electronilor depinde de conductivitatea plăcii, adică materialul din care este făcută și la temperatura acestuia, iar schimbarea are loc indicatorii câmpului electromagnetic.
In anii '40 academicianului român secolului trecut Isaac Kikoin a studiat efectul Hall din materiale magnetice și a arătat că, în materialele feromagnetice, împreună cu efectul Hall obișnuit asociat cu câmpul magnetic, există un efect anormal, care este determinată de magnetizarea probei. efect Hall Foarte anormal are bismut, arsenic și antimoniu.
Această tehnică este utilizată și Ioshinori Tokura. Acesta este plasat din ruteniu stronțiu și cristal mare de oxigen într-un câmp magnetic, curentul a trecut prin cristal și schimbat în timpul experimentului temperatura mediului. Sa constatat că, odată cu creșterea temperaturii rezistivitatea cristalului nu este variat liniar, așa cum era de așteptat, și neregulate. Subiecții au crezut că acest lucru și alte efecte anormale observate în experimente reprezintă „amprente digitale“ poli magnetici reale. Ei sunt acum de planificare pentru a studia materialele care ar apărea efecte aberante și mai mari.
Ce urmează?
Ideea de încărcare magnetic este cu siguranță frumos, dar nu este confirmat încă experimente lipsite de ambiguitate. Poate, oamenii de stiinta nu au suficiente forțe și resurse pentru a le efectua. Dirac însuși a scris în articol, care a formulat mai întâi ideea de monopol, că polii magnetici izolate, care nu pot fi considerate ca „forță de atracție între doi poli unice de semn opus în jurul valorii de patru mii șapte sute de ori mai mare decât cea dintre electronul și protonul,“ și deoarece „polii de semn opus nu a fost niciodată mai divizată.“
Cu toate acestea, niciodată nu trebuie să uităm că este în acele domenii ale cunoașterii în care nu toate converg capete întâlni, și de obicei produce noi descoperiri. În orice caz, monopolizat este un monument frumos pentru Paul Dirac, credința lui în matematică și puterea predictivă ...