Все мы помним знаковые образы науки: спираль ДНК, кольца Сатурна, атом с электронами, кружащими вокруг ядра, набитого протонами и нейтронами. Но что, если копнуть глубже, направить микроскоп еще дальше и обнаружить силы, управляющие нашим миром на еще более фундаментальном уровне? В своей книге “Заряд: почему правит гравитация?” физик-теоретик Фрэнк Клоуз исследует эти силы, задаваясь вопросами о том, как тонкий баланс положительных и отрицательных зарядов позволил гравитации сформировать Вселенную.
Сегодня мы поговорим о магнетизме — одной из самых осязаемых фундаментальных сил. Откуда он берется, как был обнаружен и почему получил свое имя? Давайте разберемся.
Магнетизм — это проявление электричества, и наоборот. Электричество и магнетизм были вплетены в ткань нашего мира с самого его рождения. Пять миллиардов лет назад новорожденная Земля представляла собой раскаленную плазму, бурлящую электрическими токами. Эти потоки создавали магнитные поля. По мере остывания магмы и формирования твердой земной коры, магнетизм “запечатывался” в минералах, содержащих железо, таких как магнетит.
Жидкое ядро Земли и сегодня представляет собой безумие электрических токов, генерирующих магнитное поле. Это поле простирается далеко за пределы атмосферы, оставаясь невидимым для наших глаз. Но, прежде чем достичь небес, оно пронизывает земную кору, оставляя на ней ощутимый отпечаток — свидетельство того, что внутри Земли действует сила, превосходящая гравитацию.
В далеком докембрии, четыре миллиарда лет назад, по мере остывания поверхности Земли, атомы различных элементов накапливались в ее слоях. Наиболее стабильным из них было железо, которое сегодня является одним из самых распространенных элементов в земной коре. Из вулканической лавы образовывались магматические породы. В присутствии магнитного поля атомы железа в этих породах выстраиваются, словно солдаты на параде, сами становясь магнитными.
Этот эффект наглядно демонстрируется с помощью простого опыта: железные опилки рассыпают на столе, а затем помещают среди них магнит. Магнитное поле магнита намагничивает опилки, превращая их в тысячи миниатюрных магнитов. Каждый из них ориентируется в магнитном поле, показывая, как направление магнитной силы меняется от точки к точке.
Магнит в этом эксперименте — упрощенная модель Земли. Северный и южный магнитные полюса нашей планеты аналогичны полюсам магнита, а ее магнитное поле простирается далеко в космос. В космосе нет железных опилок, но в горах, скалах и холмах Земли есть огромные залежи железной руды. В некоторых местах эти магнитные скопления случайно образуют обширные массивы, как, например, на острове Эльба или горе Ида в Малой Азии. Здесь в горных породах, известных как магнитный железняк (магнетит), сохранился магнитный отпечаток.
Существует легенда о том, как тысячи лет назад в Древней Греции пастух по имени Магнес, носивший кожаные сандалии, скрепленные железными гвоздями, наткнулся на магнетит. Мощный магнетизм приковал гвозди к земле. Правда это или нет, но подобные случаи, пусть и не столь драматичные, наверняка происходили неоднократно. Сила магнетизма была известна людям еще с железного века. Молния, представляющая собой разряд электрического тока, генерирует мощные магнитные поля и намагничивает железосодержащие породы. Плавка железа из этих пород не могла не выявить их магнитных свойств.
Как и огонь, магнетизм, вероятно, был открыт в разных уголках земли независимо друг от друга. К XVI веку путешественники описывали самые яркие примеры магнитных явлений, наблюдавшиеся ими в Восточной Индии и на побережье Китая. По мере того как знания о магнетизме распространялись из Древней Греции, название камня, обладающего необычными свойствами, трансформировалось из “камня Магнеса” в “магнит”.
Магнетизм – это не просто сила, притягивающая металлические предметы. Это фундаментальное свойство нашей Вселенной, играющее ключевую роль в формировании звезд, галактик и даже жизни на Земле. Изучение магнетизма — это увлекательное путешествие в самые глубины материи, позволяющее нам лучше понять устройство мира, в котором мы живем.
Читайте также: Большой адронный коллайдер на пути к открытию магнитных монополей
