Obraz atomu z elektronami skupionymi wokół centralnego jądra wypełnionego protonami i neutronami jest tak samo charakterystyczny dla naszej koncepcji nauki jak helisa DNA czy pierścienie Saturna. Ale niezależnie od tego, jak bardzo zagłębiamy się w podstawy nauki, możemy sięgnąć głębiej, skupiając mikroskop dalej i odkrywając więcej sił rządzących naszym światem.
W swojej nowej książceOpłata: Dlaczego grawitacja rządzi?„, fizyk teoretyczny Frank Close bada podstawowe siły rządzące naszym wszechświatem, zadając po drodze pytania mające na celu wyjaśnienie, w jaki sposób delikatna równowaga ładunków dodatnich i ujemnych utorowała drogę grawitacji do ukształtowania naszego wszechświata.
W tym wyjątku wyjaśnia, jak odkryto magnetyzm, podstawową, namacalną siłę, skąd się wziął i skąd wzięła się jego nazwa.
Moc jest w środku
Magnetyzm jest przejawem elektryczności i odwrotnie. Elektryczność i magnetyzm są od początku wpisane w nasze otoczenie. Pięć miliardów lat temu, kiedy rodząca się Ziemia była gorącą plazmą wirowych prądów elektrycznych, przepływy te tworzyły pola magnetyczne. Kiedy magma ostygła, tworząc coś, co jest dziś znane jako solidna skorupa zewnętrzna świata, Magnetyzm Został uwięziony w minerałach zawierających żelazo, takich jak magnetyt.
dziś jest Płynne jądro Ziemi Nadal panuje terpsichorejskie szaleństwo prądów elektrycznych, które wytwarzają pole magnetyczne. Rozciąga się to na atmosferę i daleko poza nią i jest niewidoczne dla naszych naturalnych zmysłów. Jednak rozprzestrzeniając się ze źródła w stopionym jądrze w stronę nieba, najpierw penetruje skorupę ziemską. Tutaj pozostawia namacalny ślad, dowód istnienia siły silniejszej od grawitacji, działającej wewnątrz Ziemi i której wpływ rozciąga się na bardzo duże odległości.
Wracając do wczesnego prekambru, cztery miliardy lat temu, kiedy powierzchnia ostygła, w warstwach gromadziły się pierwiastki atomowe. Najbardziej stabilnym z tych pierwiastków jest żelazo, które dziś jest jednym z pierwiastków najobficiej występujących w skorupie ziemskiej. Skały magmowe powstały z lawy. Skały te mają tę właściwość, że w obecności pola magnetycznego ich atomy żelaza zachowują się jak żołnierze na paradzie, same stając się magnetyczne. Wykorzystuje się to w popularnych demonstracjach, w których można uwidocznić pole magnetyczne magnesu sztabkowego.
Najpierw na powierzchni stołu rozsypujemy małe kawałki żelaza, a następnie ostrożnie umieszczamy pomiędzy nimi magnes. Jego pole magnetyczne stymuluje magnetyzm opiłek żelaza, zamieniając je w tysiące miniaturowych magnesów. Każdy z tych elementów orientuje się w polu magnetycznym, ujawniając, jak kierunek siły magnetycznej zmienia się z jednego miejsca na drugie.
Powiązany: Dlaczego magnesy mają biegun północny i południowy?
Magnes sztabkowy to prosty model pokazujący, co dzieje się z samą ziemią magnetyczną. Północny i południowy biegun magnetyczny Ziemi Przypominają magnes sztabkowy – pole magnetyczne naszej planety rozciągające się daleko w przestrzeń kosmiczną. W kosmosie nie ma opiłków żelaza, ale duże ilości rudy żelaza znajdują się na wzgórzach, zboczach i górach na Ziemi. W niektórych miejscach te zespoły magnetyczne są przez przypadek bardzo rozległe, jak na przykład na wyspie Elbie i górze Ida w Azji Mniejszej, gdzie duże wychodnie zachowały ślad magnetyczny w skałach historycznie znanych jako kamień lodowy, a obecnie nazywany magnetytem.
Istnieją legendy, które mówią, że tysiące lat temu w starożytnej Grecji pasterz w skórzanych butach przytrzymywanych żelaznymi gwoździami dosłownie natknął się na magnetyt, gdy silny magnetyzm wbił gwoździe w jego bucie. Niezależnie od tego, czy pasterz imieniem Magnes odkrył skałę o tej samej nazwie, czy też nie, a jeśli tak, czy w Magnezji, na północ od Aten, czy na górze Ida w Azji Mniejszej, czy nawet na innej górze Ida na Krecie, jest bardzo prawdopodobne, że takie doświadczenia, choć mniej dramatyczne niż w historii, mogły mieć miejsce przy różnych okazjach.
Z pewnością siła magnetyzmu była widoczna od epoki żelaza. Błyskawica to błysk prądu elektrycznego, który wytwarza intensywne pola magnetyczne i magnesuje żelazną skałę. Wytapianie w celu odzyskania czystego żelaza z tych źródeł ujawniłoby ich przyciąganie magnetyczne. Zatem zjawisko to było znane prawdopodobnie około 3000 lat temu. Podobnie jak odkrycie ognia, magnetyzm mógł powstać niezależnie w kilku miejscach, a wszystkie były inspirowane naturalnym namagnesowaniem żelaza w skałach.
Ponieważ skały magnetyczne są wszędzie. W XVI wieku podróżnicy odnotowali najlepsze przykłady ze wschodnich Indii i wybrzeża Chin: „Bardzo duży i ciężki; [the stone] „Będzie ciągnął lub podnosił dla siebie spory ciężar z żelaza lub stali”. [Robert Norman, The Newe Attractive, 1581]. W miarę jak wiedza o tym zjawisku rozprzestrzeniała się z mitologii greckiej na łacinę, a następnie na język angielski, nazwy zmieniono na „magnes rock” lub „magnes”.
© [Oxford University Press]
Fragment CHARGE: Dlaczego grawitacja rządzi? Napisane przez Franka Close, opublikowane przez Oxford University Press, Dostępna w twardej oprawie i w formacie e-booka
„Kawioholik. Fanatyk alkoholu na całe życie. Typowy ekspert podróży. Skłonny do napadów apatii. Internetowy pionier”.
More Stories
Wielki cios, który stworzył Księżyc, mógł również stworzyć ruchome kontynenty
Teleskop rzymski szuka pierwotnych czarnych dziur
Rakieta SpaceX przestała działać po tym, jak w piątek na przylądku Canaveral zapaliły się silniki