مرتبط با مغناطیس و الکترومغناطیس -

پاسخ : مرتبط با مغناطیس و الکترومغناطیس -

تك قطبي مغناطيسي (Magnetic Monopole)
GUT (Grand Unified Theories) و تئوري هاي ابر ريسمان (Superstring) هر دو وجود ذره اي با يك قطب مغناطيسي را پيش بيني مي كنند اما مشكلي كه در اين مدل وجود دارد اولا توليد بار مغناطيسي و ميدان در آنهاست و ثانيا رصد نشدن اين ذرات تا به امروز بوده است.

همچنين تعريف اسپين اين ذرات هم كار مشكلي به نظر مي رسد.

اگر مقدار بار را در معادلات گاس (Gauss) و فارادي (Faraday) كه هركدام از معادلات ماكسول (Maxwell) بهره مي برند مجهول قرار دهيم مقدار آن صفر به نظر خواهد رسيد. خود اين موضوع براي پذيرش سخت است. زيرا ذرات زيراتمي (حتي كوارك ها كه نوترون خنثي را تشكيل مي دهند) داراي بار هستند.

امروزه در نسبيت براي اثبات اينكه نيروي ميادين مغناطيسي از ديگر نيروها متفاوت است از تبديلات لورنتز (Lorentz Transformations) استفاده مي كنيم.

اما براي آشكارسازي اين ذرات بايد تنها از راه نسبيت وارد شويم.

از معدود افرادي كه مي خواست اين كار را كند ديراك بود.

ديراك قصد داشت با معادلات كوانتومي ديدي كاملا نسبيتي از الكترومغناطيس بدست بياورد.

او در سال 1931 نشان داد بدين منظور نمي توان از مكانيك كوانتومي استفاده كرد زيرا اثبات كرد كه حتي اگر تك قطبي مغناطيسي در دنيا وجود داشته باشد بايد داراي بار كوانتيده (Quantized) شود.

براي اين منظور بايد واحدي نيز مي بود. ديراك با نگاهي جديد سعي در شكافت مساله كرد و با انجام اعمال بسيار پيچيده در رياضي و با استفاده از تابع دلتا (تابع ديراك) دريافت كه واحد بار كوانتيده بايد عكس واحد بنيادين بار الكتريكي باشد.

ديراك در تمام اين محاسبات ذره ي فرضي را الكترون در نظر گرفته بود و لازم بود كه فضا-زمان را از يكديگر باز كنيم.

ديراك براي اين كار ريسمان ديراك (Dirac String) را بوجود آورد. رفتار اين ريسمان تقريبا همانند سيم پيچ در اثر آهارونوف – بوم (Aharonov-Bohm Effect) بود.

اثر مذكور تاثير بار بر ميادين مغناطيسي را در غياب ذره در ميدان بررسي مي كند.

 

پاسخ : مرتبط با مغناطیس و الکترومغناطیس -

به دليل بيان تمام اين مطالب جديد تئوري هاي ديگري كه در راس آنها تئوري شاخص (Gauge Theory) قرار داشت سعي در شناخت ساده تر بار كوانتيده كردند.

در سري تئوري هاي شاخص نيز فرضيه اي كه از همه بيشتر مورد توجه قرار گرفت در مكانيك هيگز (Higgs Mechanism) اين موضوع را بررسي مي كرد و تك قطبي هوفت – پولياكوف (Hooft-Polyakov Monopole) نام داشت. ويژگي قابل توجهي كه اين مدل داشت نقطه اي نبودن بررسي آن بود. به اين معنا كه ديگر ذره ي خاصي مثل الكترون ديراك را مدنظر نداشت.

در واقع اين مدل ديگر محدود به پراكندگي ايده آل لورنتز نبود.

همچنين در مدل ديراك از معادله ي ديراك استفاده شده بود كه ذره را به حركت الكتروني محدود مي كرد.

در معادله ي ديراك الكترون پس از يك چرخش به نقطه ي اول خود مي رسد در صورتيكه مشخص نبود اين ذرات تك قطبي چه نوع اسپيني دارد!

حال گفته بوديم براي بررسي مدل ديراك بايد فضا-زمان را از هم باز كنيم.

توپولوژي (Topology) فضا-زمان در حالت معمول R4 مي باشد. اگر زمان را از آن حذف كنيم تقريبا مسئله هم ارز با هوموتوپي (Homotopy) خواهد شد و توپولوژي آن برابر با كره (S2) خواهد بود.

لازم به ذكر است كه در توپولوژي هوموتوپي دو تابع پيوسته است كه از يك فضاي توپولوژي به فضاي ديگري مي رود.

تئوري شاخص با اين محاسبات نشان مي دهد كه تك قطبي ديراك الزاما نبايد داراي بار كوانتيده باشد.

اگرچه اين تئوري مسائل را در قالب يك گروه واحد (ماتريس واحد n x n) بررسي مي كند كه اين نوع بررسي بايد الزاما جدا از توپولوژي كره باشد. اين بدان معناست كه گروه واحد U(1) در Gauge Theory اصلا مماس بر كره نيست كه توپولوژي برابري با آن داشته باشد و توپولوژي در كل اتصال و به همرسي فضاها در هندسه را بررسي مي كند.

اين خود يك خلا بزرگ بود. زيرا پيش بيني ديراك در مورد بار كوانتيده اصلا درست توجيه نمي شد.

اما در سالهاي بعد و با بدست آوردن مقدار تقريبا صفر براي يك تك قطبي از معادلات گاس و فارادي اين تئوري ارزش خود را دوباره پيدا كرد.

بعد از مدتي تئوري هاي شاخص و كوانتومي سعي كردند كه با يكديگر يك تئوري واحد را بيان كنند و به همين ترتيب GUT بيان شد. اين تئوري ذراتي را به نام ديون (Dyon) معرفي مي كند كه هم زمان هم بار الكتريكي دارند و هم بار مغناطيسي. طبق اين مدل تك قطبي مغناطيسي ذره اي است كه بار الكتريكي صفر و عدد لپتوني يك دارد.

اين بدان معناست كه تك قطبي مغناطيسي مانند الكترون نبايد واپاشي داشته باشد و تجزيه شود.

همچنين اين مدل طبق معادلات فريدمان (Freidmann Equations) بيان مي كند چگالي ذرات تك قطبي در دنياي ما حدودا بايد 1011 برابر چگالي چرخشي (Critical Density) باشد. بنابراين بايد به طور متداول در دنياي ما قابل رصد باشند. (در بين هر 1029 ذره يك تك قطبي بايد ديده شود).

گرچه پيش بيني مي شود اين ذرات ارتباط زيادي با X Bosons و Y Bosons داشته باشند و محدوده ي جرم آنها در آزمايشات 600 (Gev/C2) تا 1017 (Gev/C2) تعيين شده است اما از آنجا كه ايجاد اين نوع از بوزون ها حتي در CERN به دليل جرم زيادشان امكان ناپذير مي باشد هنوز اين ايده در حد يك فرض مانده است.

اما دانشمندان در تلاش هستند كه اين نوع بوزون ها را در توجيه واپاشي پروتون به كار گيرند. اين ايده ها در صورتي ببان شده اند كه در سال هاي اخير در ژاپن توانسته اند نيمه عمر تقريبي پروتون منفرد را 1035 سال پيش بيني كنند كه اين نتيجه عملا ورود اين بوزون ها را به مسئله نقض مي كند.

گرچه تا به حال ذره اي تك قطبي مشاهده نشده است و دقيقا بر همين مبنا مدل هاي كيهان شناسي پيش بيني مي كنند كه اين ذرات بعد از بيگ بنگ تنها بايد تعداد كمي را شامل شوند!

اگر اين مدل را بخواهيم بپذيريم بايد نتيجه ي آزمايشات را به دو نوع بوزون مذكور ربط دهيم كه تك قطبي ها را محدود به اجرام بسيار بالا مي كند!

 

پاسخ : مرتبط با مغناطیس و الکترومغناطیس -

در "مدل كيهاني VMR-PCR" بيان كرديم كه اين نظريه تمام عالم را به دو ذره يكي بوزون و ديگري فرميون مرتبط مي كند و اين ذرات را تك قطبي و مكمل يكديگر مي خواند.

اين دو ذره در مركز عالم وجود دارند و داراي جرم زيادي متمركز در خود مي باشند (كه اين جرم و چگالي زياد باعث بيگ بنگ شده است).

از آنجاييكه دنيا در حال انبساط است پس هنوز جرم متمركز در مركز دنيا بايد مقدار عظيمي باشد.

تمام اين جرم را نمي توان به آن دو ذره مرتبط كرد اما گفتيم كه همواره مقدار اختلاف بين نيروي دافعه ي خلا و ماده ناچيز است.

همچنين اينكه تنها دو ذره موجود باشد يا اين خود نيز نياز به بررسي و تجربه ي بيشتري است. اما اينكه چرا اين ذرات در دنيا منتشر شده نيستند تنها مي توانند يك جواب داشته باشد:

مقدار ذرات تك قطبي هميشه در مركز دنيا ثابت است و در موقعيتي قرار دارد كه وقتي نوبت به انتشار آنها مي رسد جرم متمركز در مركز آنقدر كم است كه دافعه ي خلا شروع به منقبض كردن دنيا مي كند.

اما اين مدل در هر حال مي تواند مسئله ي انتشار نيافتن اين ذرات در دنيا را توجيه كند.

تنها تفاوتي كه نمي گذارد اين مدل نظر دانشمندان را تاييد كند اين مسئله است كه مدل VMR-PCR به جاي دو بوزون X و Y يك بوزون و يك فرميون را پيشنهاد مي كند. (X Boson – Y Fermion).



اينكه بار و ديگر پارامترها در اين ذرات بايد كوانتيده باشد از نظر VMR-PCR كاملا صحيح است

 

پاسخ : مرتبط با مغناطیس و الکترومغناطیس -

زيرا در "مدل ديناميك و مكانيك VMR-PCR" بيان كرديم كه كوانتوم در همرسي قطرهاي ذوزنقه هاي ايجاد شده تعريف مي شود و مركز دنيا خود راس مثلث است. پس هرچيزي كه در آنجاست بايد كوانتيده باشد.

اما مسلما بار الكتريكي براي يك ذره ي تك قطبي وجود ندارد. زيرا شارش بايد بين دو منبع غيرهمنام صورت گيرد.

چگونه بار الكتريكي در يك ذره ي منفرد تك قطبي شارش كند؟

اما بالعكس در اين مدل براي مقدار بار مغناطيسي بي نهايت پيش بيني شده زيرا همانطور كه در مدل كيهاني گفتيم قدرت ميدان اجرام سماوي از بيگ بنگ تا به حال پيوسته در حال كاهش بوده است.

اما در لحظات بعد از بيگ بنگ داراي بيشترين قدرت خود بوده اند. اين نشانه ي وجود يك شارژ مغناطيسي در مركز دنياست. بنابراين نبايد قدرت ميدان و بار مغناطيسي اي محدودي داشته باشد.

مشكل ديگري كه بيان كرديم مسئله ي اسپين است.

با فرض اينكه اين دو ذره در كنار يكديگر قرار گيرند و همديگر را مكمل شون مدلي براي چرخش و دوران آنها ايجاد نمي شود. زيرا يكي از آنها فرميون با اسپين نيمه صحيح و ديگري بوزون با اسپين صحيح است.

گفتيم كه مركز دنيا بر راس مثلث در مدل VMR-PCR قرار دارد. به همين دليل زمان سفر در نظر گرفته مي شود.

بر همين مبنا متوجه مي شويم كه سرعت اين ذرات نيز صفر است و الزاما اسپين آنها صفر مي شود.

ولي با يك مثال نتيجه را بهتر بيان مي كنيم.

اگر جرمي با سرعت بي نهايت در حال چرخش به دور خود باشد آيا ما متوجه مي شويم كه در حال چرخش است؟

ثابت به نظر مي رسد. زيرا در هر لحظه هر نقطه اي از آن در همه جا وجود دارد.

اين خيلي بعيد است كه با چگالي زياد مركز دنيا چرخشي براي آن نداشته باشيم.

سرعت نهايت در VMR-PCR همان C2 است. بنابراين اينگونه اسپين هم بايد در نهايت خود باشد.

مقدار آن مشخص نيست. زيرا دلايل واضحي براي تعيين آن نداريم اما هرچه هست در نهايت است.

بنابراين آن را بي نهايت مي ناميم.

اين مدل ديگر جاي سوالي را باقي نمي گذارد.

 

پاسخ : مرتبط با مغناطیس و الکترومغناطیس -

مبانی نظریه فرومغناطیس برعکس دیامغناطیس و پارامغناطیس ، که خاصیت انفرادی اتم‌ها و مولکول‌های ماده هستند، خواص فرومغناطیس ماده با توجه به ویژگیهای اختصاصی ساختار بلورین آن توضیح داده می‌شود. به عنوان مثال ، اتم‌های آهن در حالت بخار خودشان دیامغناطیس یا پارامغناطیس هستند.

ماهیت مواد فرومغناطیس
فرومغناطیس خاصیت آهن در حالت جامد ، یعنی خاصیت بلورهای آهن است. شماری از آزمایشها و مشاهدات این گفته را تصدیق می‌کنند. قبل از همه ، این امر از بستگی خواص مغناطیسی آهن و دیگر مواد پارامغناطیس به اعمالی که ساختار بلورین آنها تغییر می‌دهد، نتیجه می‌شود. (سخت کاری و بافر تفتی). دیگر اینکه فلزات پارامغناطیس و دیامغناطیس را می‌توان برای ساختن آلیاژهایی به کاربرد که خواص فرومغناطیسی کامل داشته باشند.

برای مثال ، این امر برای آلیاژ هیسلر (Heusler) که دارای خاصیت مغناطیسی تقریبا مثل آهن ولی آلیاژی است از فلزات با خواص مغناطیسی ضعیف ، مانند مس (65%) ، منگنز (25%) و آلومینیوم (15%) مصداق دارد. از طرف دیگر ، بعضی از آلیاژهای مواد فرومغناطیس ، مثل آلیاژی ، که دارای 75% آهن و 25% نیکل است، تقریبا غیر مغناطیس هستند.

اختلاف فرومغناطیسها با پارامغناطیسها فقط مقدار نسبتا بالای تراوایی m و بستگی آنها به شدت میدان مغناطیسی نیست، بلکه در بستگی خاص مغناطش آنها به شدت میدان مغناطیسی خارجی نیز هست. این ویژگی پدیده پسماند و همه پیامدهای آن ، مثل مغناطش بازمانده و نیروی وادارنده ، تظاهر می‌کند.
دلیل پسماند مغناطیسی چیست؟
اختلاف بین آهنگ افزایش در مغناطش یک ماده فرومغناطیس با ازدیاد H و طریق وامغناطش آن با H رو به کاهش ، نشان می‌دهد، وقتی که مغناطش ماده فرومغناطیس تغییر می‌کند، یعنی وقتی که شدت میدان مغناطیسی خارجی افزایش یا کاهش می‌یابد، جهت گیری یا درهم شدن جهتهای آهنرباهای بنیادی بلافاصله بعد از عوض شدن میدان پیش نمی‌آید، بلکه بعد از یک تأخیر زمانی معین رخ می‌دهد. تحلیل تفصیلی مغناطش و وامغناطش آهن و دیگر مواد فرومغناطیسی نشان می‌دهد که خواص فرومغناطیسی ماده را فقط خواص مغناطیسی اتم‌ها و مولکول‌های منفرد ، که خودشان پارامغناطیس هستند تعیین نمی‌کنند، بلکه توسط مغناطش ناحیه‌های کاملی به نام حوزه تعیین می‌شود (به این دلیل این نظریه را اغلب نظریه حوزه می‌نامند).

این اصطلاح به ناحیه‌های کوچکی در ماده اطلاق می‌شود که دارای شمار زیادی اتم هستند. اندرکنش گشتاورهای مغناطیسی اتمهای منفرد در فرومغناطیس به شکل گیری میدانهای مغناطیسی ذاتی خیلی قوی منفجر می‌شود که در هر حوزه عمل می‌کنند و در داخل چنین ناحیه‌ای همه آهنرباهای اتمی را موازی با یکدیگر آرایش می‌دهند که خود بخود تا حد اشباع مغناطیسی هستند. اما جهتهای مغناطش در حوزه‌های مختلف ، متفاوت هستند. بنحوی که در نبود میدان مغناطیسی خارجی به علت توزیع نامنظم این نواحی جسم نامغناطیده است.

بر اثر میدان مغناطیسی خارجی ، این ناحیه‌های مغناطش خود بخود از نو مرتب و گروه بندی می‌شوند. در نتیجه ، ناحیه‌هایی که در آنها مغناطش با میدان خارجی موازی است غالب می‌شوند و ماده در کل حالت مغناطیسی پیدا می‌کند. نظر به اندازه بزرگ ناحیه‌های مغناطش خود بخود در مقایسه با ابعاد اتمی ، جهتگیری (و نیز فرایند عکس یعنی بهم خوردن جهتها) این ناحیه‌ها با دشواری‌های بیشتری برخورد می‌کند تا حالت اتمها و مولکولهای منفرد در پارامغناطیسها و دیامغناطیسها. به این دلیل ، پشت سر تغییرات میدان خارجی مغناطش و وامغناطش قرار دارد، یعنی پسماند مشاهده می‌شود

 

پاسخ : مرتبط با مغناطیس و الکترومغناطیس -

تعریف نظریه مولکولی مغناطیس:

نظریه ای که اختلاف در خواص مغناطیسی اجسام را بر پایه ساختار تک تک ذرات سازنده آنها ، یعنیاتمها و مولکولها ، توضیح می دهد به نظریه مولکولی مغناطیس معروف است این نظریه بسیار پیچیده هنوز تکمیل نشده است. به این سبب ، در اینجا نمی توان آن را به تفضیل بررسی کرد. فقط دلایل عمده اختلاف در خواص پارامغناطیس ها و دیامغناطیسها بیان می شوند.

مواد پارا مغناطیس و دیا مغناطیس:

هر جسمی. پارا مغناطیس یا دیا مغناطیس ، تا هنگامی که در میدان مغناطیسی خارجی قرار نگرفته، نامغناطیده است اما ساز و کار مغناطش پارا مغناطیس ها و دیا مغناطیس ها متفاوت است.


دیامغناطیس ها:

اجسامی هستند که در آنها هیچ ذره ای (اتم یا مولکول) خواص مغناطیسی ندارند مگر اینکه در میدان خارجی قرار گیرند و فقط میدان خارجی این ذرات را به مغناطیس های بنیادی (که جریان های بنیادی را موجب می شوند) در جهت های معین تبدیل می کند.


پارامغناطیس ها:

ذرات بنیادی پارا مغناطیس ها بدون اینکه میدان خارجی روی آنها اثر کند خودشان مغناطیس(جریان های بنیادی) هستند. در اینجا نقش میدان مغناطیسی خارجی محدود می شود به جهت دادن خاص و مرتب کردن این مغناطیس های کوچک.

تا زمانی که این میدان روی آنها اثر نکرده است آرایش آنها نامنظم و آشفته بوده و کل جسم نامغناطیده است. در میدان مغناطیسی ، این مغناطیس های بنیادی کم و بیش در زنجیره های موازی آرایش می یابند و کل ماده مغناطیده است.


اختلاف ساختاری ذرات سازنده مواد پارامغناطیس و دیامغناطیس:


اتم های همه اجسام دارای شمار زیادی الکترون های متحرک هستند. هر الکترون یک جریان بنیادی آمپر دایروی تشکیل می دهند. اما در اتم های ماده دیامغناطیس ، قبل از قرار گرفتن در میدان مغناطیسی جریان های دایروی منفرد متقابلا یکدیگر را خنثی می کنند. به طوری که کل اتم مغناطیس بنیادی نیست.


هر گاه چنین ماده ای وارد میدان مغناطیسی شود، نیروی لورنتس روی هر الکترون اثر می کند، و محاسبات نشان می دهد که بر آیند آین نیروها به ظهور جریان القایی منجر می شود، یعنی اتم ها خواص مغناطیس بنیادی کسب می کنند. نظر بر اینکه این جریان ها ، جریان های القایی هستند، بنابر قانون لنز جهت آنها باید با جهت جریان در پیچه (که میدان مغناطیسی خارجی به وجود می آورد) مخالف باشد. یعنی شار مغناطیسی ناشی از این جریان ها باید مخالف شار میدان خارجی باشد و جسم دیا مغناطیس از آهنربا دور می شود.


در اتم های مواد پارامغناطیس ، اثرهای مغناطیسی الکترون های منفرد کاملا همدیگر را خنثی نمی کنند به گونه ای که کل اتم یک مغناطیس بنیادی است. اثر میدان مغناطیسی خارجی به این جریان های بنیادی نظم می بخشد، جریان ها به نحوی جهت می گیرند که جهت غالب با جهت جریان تولید شده در پیچه توسط میدان مغناطیسی خارجی منطبق می شود. بنابراین ، در این حالت شار مغناطیسی ناشی از جریان های بنیادی شار مغناطیسی تولید شده با پیچه را تقویت می کند و جسم پارا مغناطیس به سمت آهنربا جذب می شود.

به بیان دقیقتر ، دیامغناطیس خاصیت عمومی همه مواد است. میدان مغناطیسی خارجی اثرهای القایی یکسانی روی اتم های پارا مغناطیس و دیا مغناطیس اعمال می کند. اما در پارامغناطیس ها این اثر با عمل جهت دادن میدان مغناطیسی خارجی که جریان های بنیادی ذاتی اتم ها را مرتب می کند از بین می رود. به این ترتیب دیا مغناطیس و پارا مغناطیس با تفاوت در ساختار اتمی و مولکولی این مواد توضیح داده می شود. ​