: تک قطبی مغناطیسی

صفحه های تصادفی

کاربر Online

791 کاربر online

تفاوت با نگارش: 4

Lines: 1-34

Lines: 1-50

!اطلاعات اولیه

برخلاف ((بار الکتریکی)) که در طبیعت به صورت دو نوع بار مثبت و منفی وجود دارد، ((بار مغناطیسی|بارهای مغناطیسی)) به صورت منفرد یافت نمی‌شوند و به عبارت دیگر ظاهرا تک قطبی مغناطیسی وجود ندارد. یعنی هر چه قدر هم تلاش کنیم، نمی‌توان قطب‌های شمال (N) و جنوب (S) یک ((آهنربا)) را از هم جدا نمود و اگر یک آهنربایی را تا حد یک اتم هم بشکنیم، باز هم قطب‌های مغناطیسی آن از هم جدا نمی‌شوند. ما در این نوشته بطور ساده امکان و اثرات وجود تک قطبی مغناطیسی را بررسی می‌کنیم.

برخلاف ((بار الکتریکی)) که در طبیعت به صورت دو نوع بار مثبت و منفی وجود دارد، ((بار مغناطیسی|بارهای مغناطیسی)) به صورت منفرد یافت نمی‌شوند و به عبارت دیگر ظاهرا تک قطبی مغناطیسی وجود ندارد. یعنی هر چه قدر هم تلاش کنیم، نمی‌توان قطب‌های شمال (N) و جنوب (S) یک ((آهنربا)) را از هم جدا نمود و اگر یک آهنربایی را تا حد یک اتم هم بشکنیم، باز هم قطبهای مغناطیسی آن از هم جدا نمی‌شوند. ما در این نوشته بطور ساده امکان و اثرات وجود تک قطبی مغناطیسی را بررسی می‌کنیم.

{img src=img/daneshnameh_up/1/1c/bar_magnet.JPG}{img src=img/daneshnameh_up/6/6a/ance-e-magnet.jpg}

!سیر تحولی و رشد

در سال 1931 ((دیراک)) وجود ذراتی را پیشنهاد کرد که بطور ذاتی منبع تولید ((میدان مغناطیسی)) بوده و از این رو نام آنها را تک قطبی مغناطیسی گذاشت. هر چند قبل از وی نیز بحثهایی در زمینه تک قطبی مغناطیسی بطور پراکنده مطرح بود، از جمله در سال 1896 ((پوانکاره)) حرکت یک بار الکتریکی را در میدان یک سیم پیچ مغناطیسی طویل و باریک که انتهای آن میدانی شبیه به یک تک قطبی مغناطیسی تولید می‌کرد، را بررسی کرد. ولی بحث نظری جدی و تازه در مورد وجود ذراتی با این خاصیت ، اولین بار توسط دیراک صورت گرفت.

منظور از تک قطبی مغناطیسی ، ذراتی است مشابه ذرات باردار الکتریکی ، همانگونه که ذرات باردار الکتریکی ، منبع ((میدان الکتریکی)) هستند، تک قطبی مغناطیسی نیز منبع میدان مغناطیسی می‌باشند. این ذرات در حالت سکون میدان مغناطیسی شعاعی و عکس مجذور فاصله را تولید می‌کنند، پس میدان یک تک قطبی (در ((دستگاه گوسی|دستگاه یکاهای گوسی))) با قدرت g در نقطه r به صورت زیر خواهد بود:

::B=g r/r³::

{img src=img/daneshnameh_up/a/ac/250px-Magnet0873.png}

!تقارن تک قطبی مغناطیسی

ایده تک قطب��های مغناطیسی در فکر دیراک همزمان با پیشنهاد وی مبنی بر وجود ذراتی درست شبیه به ((الکترون)) ولی با بار مثبت بود، که نام آنها را ((پوزیترون)) نهاده بود. اساس به وجود آمدن چنین ایده‌هایی قبول ((تقارن در طبیعت)) است. وجود چنین تقارنی در ((معادلات میدان دیراک)) ، راهنمای وی برای پیشگویی وجود پوزیترونها بود. دیری نپایید که در سال 1932 پوزیترون در آزمایشگاه کشف شد. قبول این نظریه که طبیعت متقارن است، امروزه منجر به دستاوردهایی از قبیل ((نظریه میدان‌های پیمانه‌ای)) ،((ابر تقارن)) و ... بخصوص در حوزه بنیادی گردیده است.

تک قطبی‌های مغناطیسی تقارنی را در معادلات اساسی الکترومغناطیسی یعنی ((معادلات ماکسول)) بوجود می‌آورند که ((الکترومغناطیس)) معمولی فاقد آن است. به عبارت دیگر ، ((میدان مغناطیس)) که یک اثر ثانوی از ((الکتریسیته)) است و توسط ذرات باردار متحرک تولید می‌شود، با فرض وجود تک قطبی‌های مغناطیسی ، می‌تواند مستقلا توسط این ذرات تولید شود و این خود تقارنی را بین میدانهای الکتریکی و مغناطیسی بوجود می آورد.

ایده تک قطبیهای مغناطیسی در فکر دیراک همزمان با پیشنهاد وی مبنی بر وجود ذراتی درست شبیه به ((الکترون)) ولی با بار مثبت بود، که نام آنها را ((پوزیترون)) نهاده بود. اساس به وجود آمدن چنین ایده‌هایی قبول ((تقارن در طبیعت)) است. وجود چنین تقارنی در ((معادلات میدان دیراک)) ، راهنمای وی برای پیشگویی وجود پوزیترونها بود. دیری نپایید که در سال 1932 پوزیترون در آزمایشگاه کشف شد. قبول این نظریه که طبیعت متقارن است، امروزه منجر به دستاوردهایی از قبیل ((نظریه میدانهای پیمانه‌ای)) ، ((ابر تقارن)) و ... بخصوص در حوزه بنیادی گردیده است. تک قطبی‌های مغناطیسی تقارنی را در معادلات اساسی الکترومغناطیسی یعنی ((معادلات ماکسول)) بوجود می‌آورند که ((الکترومغناطیس)) معمولی فاقد آن است. به عبارت دیگر ، ((میدان مغناطیس)) که یک اثر ثانوی از ((الکتریسیته)) است و توسط ذرات باردار متحرک تولید می‌شود، با فرض وجود تک قطبی‌های مغناطیسی ، می‌تواند مستقلا توسط این ذرات تولید شود و این خود تقارنی را بین میدانهای الکتریکی و مغناطیسی بوجود می‌آورد.

!تک قطبی‌های مغناطیسی کیهانی

انتشار مقاله دیراک در زمینه تک قطبی‌های مغناطیسی تحرک زیادی در تحقیقات نظری و آزمایشگاهی فیزیکدانها در این زمینه بوجود آورد. هر چند که جستجو جهت آشکار نمودن تک قطبی‌های مغناطیسی تا به امروز ادامه دارد، تنها یک مورد توسط ((کابره)) در ت��یید وجود تک قطبی‌های مغناطیسی گزارش شده است. وی آزمایشی دقیقا به همین منظور ترتیب داده بود که شامل یک حلقه کوچک ((ابر رسانا)) بود و از طریق مشاهده تغییر در جریانی که از درون حلقه ابر رسانا می‌گذرد و باعث تغییر در شارش محبوس در آن می‌شود. نتایج بررسیها حاکی از این بود که تک قطبی‌های مغناطیسی کیهانی ورودی بر سطح زمین آشکار شده در طول 151 روز ، فقط یک رویداد کشف شد که دقیقا حاکی از وجود تک قطبی مغناطیسی بود.
!((نظریه وحدت بزرگ)) در مورد تک قطبی مغناطیسی
تک قطبی‌های مغناطیسی توسط نظریه‌های وحدت بزرگ (GUT) نیز پیش‌بینی می‌شوند. در این نظریه تک قطبی‌ها در هنگام شکسته شدن خودبه‌خود گروه پیمانه‌ای وحدت بزرگ ، که در ((فیزیک انرژی‌های بالا|انرژی‌های بسیار بالا)) در حدود 10¹⁵Gev رخ می‌دهد، تشکیل می‌شوند. در این نظریه‌ها نشان داده می‌شود که تک قطبی‌های GUT باید جرم عظیمی حدود 10¹⁶Gev داشته باشند.

همانند دیگر ((ذرات پیمانه‌ای)) در وحدت بزرگ ، هیچ احتمالی برای تولید این گونه ذرات در ((شتاب دهنده‌|شتاب دهنده‌های)) قابل تصور وجود ندارد. تنها یک آزمایش وجود دارد که در آن واکنشهایی با چنین انرژی بالایی صورت می گیرد و آن جهان آغازین بلافاصله پس از ((انفجار بزرگ|انفجار بزرگ اولیه)) است. در این صورت تک قطبی‌های GUT باید به تعداد بسیار زیاد در اوایل ((عمر کائنات|عمر جهان)) 10^-35 ثانیه پس از انفجار بزرگ تولید شده باشند.

این خود مسئله‌ای است که عدم وجود (مشاهده) این تک قطبی‌ها را چگونه باید توضیح داد. امروزه با استفاده از ((انبساط جهان|مدل جهان تورمی)) این مطلب را می‌توان توضیح داد. به این ترتیب که در لحظات آغازین پس از انفجار بزرگ ، جهان دچار یک انبساط ناگهانی و سریع شده است. __ به این دلیل تعداد تک قطبی‌های مغناطیسی در کیهان به شدت کاهش یافته است و ما امروزه آنها را مشاهده نمی کنیم.__

انتشار مقاله دیراک در زمینه تک قطبی‌های مغناطیسی تحرک زیادی در تحقیقات نظری و آزمایشگاهی فیزیکدانها در این زمینه بوجود آورد. هر چند که جستجو جهت آشکار نمودن تک قطبی‌های مغناطیسی تا به امروز ادامه دارد، تنها یک مورد توسط ((کابره)) در ت��یید وجود تک قطبی‌های مغناطیسی گزارش شده است. وی آزمایشی دقیقا به همین منظور ترتیب داده بود که شامل یک حلقه کوچک ((ابر رسانا)) بود و از طریق مشاهده تغییر در جریانی که از درون حلقه ابر رسانا می‌گذرد و باعث تغییر در شارش محبوس در آن می‌شود. نتایج بررسیها حاکی از این بود که تک قطبی‌های مغناطیسی کیهانی ورودی بر سطح زمین آشکار شده در طول 151 روز ، فقط یک رویداد کشف شد که دقیقا حاکی از وجود تک قطبی مغناطیسی بود.
!نظریه وحدت بزرگ در مورد تک قطبی مغناطیسی
تک قطبی‌های مغناطیسی توسط نظریه‌های وحدت بزرگ (GUT) نیز پیش‌بینی می‌شوند. در این نظریه تک قطبی‌ها در هنگام شکسته شدن خود به ‌خود گروه پیمانه‌ای وحدت بزرگ ، که در ((فیزیک انرژی‌های بالا|انرژی‌های بسیار بالا)) در حدود 10¹⁵Gev رخ می‌دهد، تشکیل می‌شوند. در این نظریه‌ها نشان داده می‌شود که تک قطبی‌های GUT باید جرم عظیمی حدود 10¹⁶Gev داشته باشند. همانند دیگر ((ذرات پیمانه‌ای)) در وحدت بزرگ ، هیچ احتمالی برای تولید اینگونه ذرات در ((شتاب دهنده‌|شتاب دهنده‌های)) قابل تصور وجود ندارد. تنها یک آزمایش وجود دارد که در آن واکنشهایی با چنین انرژی بالایی صورت می‌گیرد و آن جهان آغازین بلافاصله پس از ((انفجار بزرگ|انفجار بزرگ اولیه)) است. در این صورت تک قطبی‌های GUT باید به تعداد بسیار زیاد در اوایل ((عمر کائنات|عمر جهان)) ^-3510 ثانیه پس از انفجار بزرگ تولید شده باشند.

این خود مسئله‌ای است که عدم وجود (مشاهده) این تک قطبی‌ها را چگونه باید توضیح داد. امروزه با استفاده از ((انبساط جهان|مدل جهان تورمی)) این مطلب را می‌توان توضیح داد. به این ترتیب که در لحظات آغازین پس از انفجار بزرگ ، جهان دچار یک انبساط ناگهانی و سریع شده است. __ به این دلیل تعداد تک قطبی‌های مغناطیسی در کیهان به شدت کاهش یافته است و ما امروزه آنها را مشاهده نمی کنیم.__

!مباحث مرتبط با عنوان

*((ابر تقارن))

*((ابر رسانا))

*((الکترومغناطیس))

*((الکترون))

*((الکترون))
*((انبساط جهان|مدل جهان تورمی))

*((انفجار بزرگ))

*((بار الکتریکی))

*((بار مغناطیسی))

*((پوزیترون))

*((تقارن در طبیعت))

*((دوقطبی مغناطیسی))

*((فیزیک ذرات بنیادی))

*((فیزیک نظری))

*((کیهان شناسی))

*((انبساط جهان|مدل جهان تورمی))

*((معادلات ماکسول))

*((معادلات میدان دیراک))

*((میدان الکتریکی))

*((میدان مغناطیسی))

*((نظریه میدان‌های پیمانه‌ای))

*((نظریه وحدت بزرگ))

*((وحدت نیروها))

تاریخچه

توجه:

از پیوند [http://www.foo.com] یا [http://www.foo.com|شرح] برای پیوندها.
برچسب های HTML در داخل توضیحات مجاز نیستند و تمام نوشته ها ی بین علامت های > و < حذف خواهند شد..

تفاوت با نگارش: 4

سرویس‌های رشد:

فهرست: