هناك شحنات ومجالات كهربائية ، والمجالات المغناطيسية فقط. هل يمكن أن يكون هناك شحنات مغناطيسية في الكون؟
لا يمكنك ارتكاب خطأ واحد ولا تزال تخسر. هذا ليس ضعف - هذه هي الحياة.
- جان لوك بيكار
في العلوم ، وخاصة في الفيزياء ، يعتمد عدد كبير من العمليات الفيزيائية على التماثلات الأساسية. في الجاذبية ، تكون القوة التي تعمل بها أي كتلة على أخرى متساوية في الحجم ومعاكسة في اتجاه القوة التي تمارسها الكتلة الأخرى في الأولى.
وينطبق الشيء نفسه على الشحنات الكهربائية ، على الرغم من وجود صيد واحد: يمكن أن يكون التفاعل الكهربائي إيجابيًا أو سلبيًا ، وفقًا لعلامات الشحنات. بالإضافة إلى ذلك ، ترتبط الكهرباء ارتباطًا وثيقًا بتفاعل آخر ، المغناطيسية.
بما أن للكهرباء شحنات موجبة وسالبة ، حيث يصد المماثل جذب جذب الأضداد والأضداد ، فإن المغناطيسية لها القطبين الشمالي والجنوبي ، والتي لها أيضًا نفس الجاذبية البغيضة والمختلفة. لكن المغناطيسية تُظهر الاختلافات الجوهرية عن الكهرباء بطريقة معينة وواضحة:
- يمكن للكهرباء تجميع العديد من الشحنات معًا ، أو فصل الشحنات الإيجابية أو السلبية.
- يمكن للمغناطيسية تجميع العديد من القطبين معًا ، ولكن لا يمكنك عزل القطب الشمالي عن الجنوب.
في الفيزياء ، تسمى شحنتان معاكستان أو قطبين متصلان معًا ثنائي القطب ، وتسمى شحنة واحدة منفصلة أحادية القطب.
مع احتكار الجاذبية ، كل شيء بسيط: هذه كتلة. مع الجسيمات الكهربائية ، الأمر بسيط أيضًا: أي جسيم أساسي مع شحنة ، مثل الإلكترون أو الكوارك ، سيفعل.
لكن أحادي القطب المغناطيسي؟ على حد علمنا ، لا وجود لها. الكون حيث توجد سيكون مختلفا بشكل مدهش عن عالمنا. فكر في كيفية ارتباط الكهرباء والمغناطيسية.
تولد الشحنة الكهربائية المتحركة ، أو التيار الكهربائي ، مجالًا مغناطيسيًا متعامدًا مع خط الحركة. ينتج سلك مستقيم بتيار كهربائي يتدفق خلاله مجالًا مغناطيسيًا يدور في دائرة حول السلك. إذا قمت بلف الموصل في حلقة أو ملف ، سيظهر مجال مغناطيسي بداخله.
اتضح أن هذا يعمل في كلا الاتجاهين. تميل قوانين الفيزياء إلى التماثل. هذا يعني أنه إذا كان لدي حلقة أو ملف من الأسلاك ، وقمت بتغيير المجال المغناطيسي بداخله ، فسأقوم بإنشاء تيار كهربائي يجعل الشحنات الكهربائية تتحرك. هذا هو الحث الكهرومغناطيسي الذي اكتشفه
مايكل فاراداي قبل أكثر من 150 عامًا.
لذا ، لدينا شحنات كهربائية ، تيار كهربائي ومجال كهربائي - ولكن لا توجد شحنات مغناطيسية أو تيارات مغناطيسية ، فقط مجالات مغناطيسية. يمكنك تغيير المجال المغناطيسي وجعل الشحنات الكهربائية تتحرك ، ولكن لا يمكنك جعل الشحنات المغناطيسية تتحرك بتغيير المجال الكهربائي - حيث لا توجد شحنات مغناطيسية.
بنفس الطريقة ، من الممكن إنشاء مجال مغناطيسي عن طريق تحريك الشحنات الكهربائية ، ولكن لا يمكنك إنشاء مجال كهربائي عن طريق تحريك الشحنات المغناطيسية - مرة أخرى ، لا وجود لها.
وبعبارة أخرى ، هناك عدم تناسق أساسي بين الخواص الكهربائية والمغناطيسية لكوننا. لذلك ، تختلف
معادلات ماكسويل للحقول E و B (الكهربائية والمغناطيسية) اختلافًا كبيرًا.
سبب اختلاف المعادلات هو أن الشحنات الكهربائية (ρ و Q) والتيارات (J و I) موجودة ، ونظائرها المغناطيسية غير موجودة. إذا قمت بإزالة الشحنات والتيارات الكهربائية ، فسوف تصبح متناظرة حتى الثوابت الأساسية.
ولكن ماذا لو وجدت شحنات وتيارات مغناطيسية؟ لقد كان الفيزيائيون يفكرون في هذا الأمر لأكثر من مائة عام ، وإذا كانوا موجودين ، فيمكننا كتابة ما ستبدو عليه معادلات ماكسويل إذا كانت الاحتكار المغناطيسي في الطبيعة. إليك ما سيبدو عليه (في شكل تفاضلي)؟
مرة أخرى ، دقيقة إلى الثوابت الأساسية ، تبدو المعادلات الآن متناظرة للغاية! يمكننا أن نجعل الشحنات المغناطيسية تتحرك ببساطة عن طريق تغيير المجالات الكهربائية ، وخلق تيارات كهربائية وتحفيز المجالات الكهربائية. في ثلاثينيات القرن الماضي ، لعب ديراك معهم ، ولكن الاستنتاج المقبول عمومًا هو أنهم إذا كانوا موجودين ، سيتركون نوعًا من الأثر. لم يؤخذ هذا المجال على محمل الجد ، لأن الفيزياء هي في الأساس علم تجريبي ؛ من دون أي دليل على احتكار مغناطيسي ، من الصعب للغاية تبريره.
لكن الأمور بدأت تتغير في السبعينيات. جرب الناس نظريات التوحيد العظيم ، أو أفكار حول حقيقة أن التناظر يمكن أن يوجد في الطبيعة أكثر بكثير مما نراه. قد ينكسر التماثل ، بسبب وجود أربعة تفاعلات أساسية مختلفة في الكون ، ولكن ربما تم دمجها جميعًا في طاقة عالية واحدة؟ ونتيجة لذلك ، تنبأت جميع هذه النظريات بوجود جسيمات جديدة عالية الطاقة ، وفي كثير من الحالات احتكار مغناطيسي (على وجه الخصوص ،
احتكار Hooft-Polyakov ).
لطالما كان الاحتكار المغناطيسي موضوعًا مغريًا للفيزيائيين ، وقد غذت النظريات الجديدة هذا الاهتمام. لذلك في السبعينيات كان هناك بحث عن أحادية القطب ، وكان أشهرها بقيادة الفيزيائي
بلاس كابريرا [
حفيد مؤسس البحث الفيزيائي في إسبانيا ، بلاس فيليبي كابريرا / تقريبًا. perev. ]. أخذ سلكًا طويلًا ولفه في ثماني حلقات حتى يتمكن من قياس التدفق المغناطيسي من خلاله. إذا مر من خلاله احتكار ، فإنه سيولد إشارة بقوة ثمانية
مغناطيسات بالضبط. حسنًا ، إذا مر ثنائي القطب المغناطيسي القياسي من خلاله ، لكان قد ولّد إشارة من مغنطيسات +8 ، تليها على الفور إشارة -8 مغنطيسات - وبهذه الطريقة يمكن تمييز هذه الإشارات.
بلاس كابريرا بكاشف أحادي القطب المغناطيسيفبنى هذا الجهاز وبدأ في الانتظار. كان الجهاز غير كامل ، وأحيانًا أرسلت إحدى الحلقات إشارة ، وفي حالات أكثر ندرة ، تم إرسال الإشارة بواسطة حلقتين في وقت واحد. ولكن للكشف عن الاحتكار المغناطيسي ، كانت هناك حاجة إلى ثمانية بالضبط - لكن الجهاز لم يظهر أكثر من اثنين. استمرت التجربة دون جدوى لعدة أشهر ، ونتيجة لذلك ، بدأوا في العودة إليها عدة مرات فقط في اليوم. في 14 فبراير 1982 ، لم يأت بلاس إلى مكتبه لأنه كان يحتفل بعيد الحب. عندما عاد إلى العمل في 15 فبراير ، فوجئ عندما وجد أن الكمبيوتر والجهاز في 14 فبراير سجلوا إشارة في ثمانية مغناطيسات بالضبط.
أثار هذا الاكتشاف الجمهور وولد موجة ضخمة من الاهتمام. تم بناء الأجهزة الأكبر حجمًا بمساحة أكبر وعدد كبير من الحلقات ، ولكن على الرغم من عمليات البحث الدقيقة ، لم يعثر أي شخص آخر على احتكار. كتب
ستيفن واينبرغ قصيدة لبلاس كابريرا في 14 فبراير 1983:
الورود حمراء ،
البنفسج أزرق ،
حان الوقت لاحتكار
رقم اثنين!
الورود حمراء
البنفسج الأزرق
أعرض الاحتكار الثاني
نطلب منك!
[
إشارة إلى قصيدة شعبية مستخدمة في البلدان الناطقة باللغة الإنجليزية فيما يتعلق بالاحتفال بعيد الحب // تقريبًا. perev. ]
لكن الاحتكار الثاني لم يظهر. هل كان خللًا نادرًا جدًا في تجربة Cabrera؟ هل كان هذا هو القطب الوحيد في الجزء الخاص بنا من الكون الذي مر بالصدفة عبر جهاز كشف؟ نظرًا لأننا لم نجد آخرين ، فمن المستحيل معرفة ذلك على وجه اليقين ، ولكن يجب أن يكون العلم قابلاً للتكرار. لكن هذه التجربة لا يمكن استنساخها.
اليوم ، لا تزال الاحتكارات تبحث في التجارب ، لكن التوقعات منخفضة جدًا.
ستكون الطبيعة جميلة في تناظرها ، ولكن بقدر ما لا نرغب في ذلك ، فهي غير متكافئة ، وليس على جميع المستويات. ولا أحد يلام على ذلك. الكون فقط كما هو. من الأفضل قبولها على هذا النحو - بغض النظر عن مدى روعتها الجمالية على خلاف ذلك - بدلاً من ترك تحيزاتنا تقودنا إلى الضلال.