磁场无处不在,来晓畅下关于磁物理学的三个风趣原形
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磁场无处不在,来晓畅下关于磁物理学的三个风趣原形

2018-12-19 03:48:47   来源:http://www.62mn.icu   【

  新浪科技讯 北京时间12月14日新闻,磁铁和磁力在吾们的平时生活中无处不在,磁针能够协助吾们在不熟识的地方找到倾向,而冰箱贴能够将孩子的画固定在冰箱门上。除了这些常见的例子,磁场还在宇宙中扮演偏主要角色。未必候,磁场会对周围环境产生壮大的影响,比如在危险的磁星环境,以及用途很广的核磁共振扫描仪。不过,在大无数情况下,磁场只是浅易地存在,并受到其他更强作用力的影响。固然不是很首眼,但磁物理学中照样蕴含着一些鲜为人知的隐秘。

  磁力源于活动

  正是这栽思路促使喜欢因斯坦挑出了狭义相对论——当代科学的基石。对此,吾们答该最先向磁场外达谢意。(任天)

磁星(想象图)是中子星的一栽,拥有极强的磁场,能经过衰变不息开释出高能量的电磁辐射磁星(想象图)是中子星的一栽,拥有极强的磁场,能经过衰变不息开释出高能量的电磁辐射  声明:新浪网独家稿件,未经授权阻止转载。 -->

  磁体的这栽性质多所周知,以至于英国物理学家詹姆斯·麦克斯韦(James Clerk Maxwell)在他著名的麦克斯韦方程组中,直接断定“磁单极子不存在”。麦克斯韦阐述了电和磁两栽形象之间的有关,并引入了电磁场的概念。多年以来,人们一向对“磁单极子不存在”的不悦目点深信不疑,但随着吾们最先不悦目察到微妙而古怪的亚原子世界,随着科学家对量子力学的晓畅日好添深,磁单极子又成为物理学界主要的钻研主题之一。量子物理学的先驱之一、英国物理学家保罗·狄拉克(Paul Dirac)着重到,在磁单极子伪说的数学推理中,暗藏着一些风趣的东西。

  这些电子都是活动中的电荷,而每个电子都能产生本身的微弱磁场。在大无数物质中,电子具有分歧的活动倾向,并在宏不悦目尺度上相互抵消;但是在磁体中,大量的电子会排列整齐,产生足以将冰箱贴粘附在冰箱上的磁场。

  带有电荷的单个粒子,尽管什么都不做,也会产生一个电场。这个电场围绕在粒子周围,会引导其他带电粒子做出响答的活动。倘若附近有一个带同样电荷的粒子,那它就会被推开;倘若是带相逆电荷的粒子,那二者就会互相挨近。

  磁是狭义相对论的关键

  麦克斯韦将光与电磁学理论进走定量有关的创举被认为是19世纪数学物理最远大的收获之一,也深切影响了后来的物理学家,其中就包括喜欢因斯坦。喜欢因斯坦将麦克斯韦的做事更进了一步,他认识到电、磁和活动之间存在有关。让吾们从单个电荷及其电场最先,当你跑动经过它的时候会发生什么?

  这个场也就是吾们所说的磁场,它既是由活动中的电荷产生的,同时也只影响活动中的电荷。但是,冰箱贴并不会活动,它为什么有磁力呢?

  从你的角度来望,电荷好似才处于活动之中。那么,活动中的电荷会做什么?没错,它们会产生磁场。所以,不光电场和磁场是联相符个硬币的两面,而且你能够经过活动的手段,使二者发生转换。这也意味着,分歧的不悦目察者会望到分歧的景象:静止的不悦目察者能够会望到一个电场,而更具移动性的不悦目察者会发现由联相符来源产生的磁场。

  让吾们来做一个思维实验,倘若磁单极子存在,并且你将它与一个清淡的电荷配对,那二者就会最先旋转。这栽旋转实际上与距离无关;不论二者相距多远,它们都会旋转。但狄拉克清新,角动量(呈圆圈样式的动量,正如电荷和磁单极子互相旋转的情况)是量子化的——吾们宇宙中的角动量是离散值。总共皆是如此,包括这一对电荷和磁单极子。

  但是,倘若你让这个电荷活动首来,就会发生令人惊讶的事情:一个新的场展现了!这个清新的场外现出与多分歧的走为手段:它不是直接指向或远隔电荷,而是围绕着电荷旋转,总是垂直于电荷活动倾向。更主要的是,附近的带电粒子只有在同样处于活动状态时,才能感受到这个新的场,而它感受到的作用力又是垂直于它的活动倾向。

  詹姆斯·麦克斯韦发现的电和磁之间的有关并不浅易,他认识到,二者其实是联相符个硬币——电磁学——的两面。电场的转折能够产生磁场,逆之亦然。更主要的是,他指出光形象其实就是电和磁相互扰动时产生的。

  所以,狄拉克认识到,倘若角动量是量子化的,那么这些粒子上的电荷也必须是量子化的。而原由这栽作用与距离无关,所以倘若整个宇宙中存在磁单极子的话,它就会引首电荷的量子化,这就是“狄拉克量子化条件”。物理学家的实验发现,电荷量的基本单位为基本电荷,这与磁单极子的存在相相符,但至今仍未证实磁单极子的存在。

  你的冰箱贴磁铁异国在活动,但是组成它的物质正在活动。在磁铁中,每个原子都具有一层又一层的电子,而电子是具有自旋性质的带电粒子。自旋是一栽相等深邃而且量子化的特征。为了阐述磁场,吾们能够将电子想象成微弱的旋转金属球(天然吾们都清新,如许想象厉格来说是很约束禁锢确的)。

  原由吾们在宇宙中见到的所有磁场都是经过活动中的电荷产生的,所以,你永久无法将磁北极和磁南极睁开,它们永久成对存在。倘若你将一块磁铁切成两半,你会得到两快磁力变幼的磁铁;它们内部的电子照样在不息活动,“自动地”产生新的磁场,重新编排北极和南极。

  磁单极子能够存在

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