(Kaynak: ESA – Christophe Carreau/space.com)

‘Mıknatısların  fiziği’  de  mi  olur  demeyin; Paul  Suttler’e  göre, olur…!

Suttler, space.com’da  11   Aralık  2018’de  yayımlanan  yazısında bunu  açıkladı.

Mıknatıslar  günlük  hayatımızın  bir  parçası. En  azından,  buzdolabımızın  bir  parçası; buzdolabı  kapakları  mıknatıslar  sayesinde  kapalı  tutulabilmekte !

Gerçekte,  ‘mıknatıslanma  özelliği’ (manyetizma), fazla  ileri  gitmezsek, evrenin  varoluş  sebebi ! Evrendeki  ışığın  ve (onunla  da  ilşkili) herşeyin  varoluş  sebebi…

Bir  mıknatıs, sebebi / kaynağı  henüz  yeterince  anlaşılamamış  durumda  olan  bir  kuvvet  üretici / kuvvet  uygulayıcı. Bir  parça mıknatısın  bazı  metalleri  kendine  çektiğini  hepimiz  biliriz. Aynı  mıknatıs  bir  başka  mıknatıs  parçasını  bazı  durumlarda  çekerken,  bazı  durumlarda  da  iter. Yine, yaygın  şekilde   bilinen ‘kutuplar’  meselesi…

Yaygın  şekilde  bilinmeyen  veya  hatırlanmayan  bir  fizik  olayı, hareketsiz  durumdaki  bir  elektrik-yüklü parçacığın elektrik-alanı  yaratması.  Parçacığı  küresel  şekilde  saran  bu  alan yakınındaki diğer yüklü-parçacıklara  nasıl  tepki  vereceklerini  söyler. Aynı  yüklü  parçacıklar  birbirini iterken, zıt yüklü  parçacıklar  birbirini  çeker. Uygulanacak  kuvvetin  büyüklüğü,  haliyle,  aradaki  mesafeye  de  bağlı.

Elektrik  yüklü  bir  parçacık  hareket  ettirilirse, sürpriz  bir şey  gerçekleşir; yeni bir  kuvvet-alanı  ortaya  çıkar: Elektromanyetik  kuvvet !

Bu  yeni  kuvvet, parçacığa  doğru veya  parçacıktan  uzağa  doğru  olmayıp, parçacığın  hareket  doğrultusuna  dik düzlemde  ve bu parçacığın  etrafında  bükülecek  şekilde  ortay  çıkar. Yakındaki  yüklü  parçacık  da, bu  yeni kuvveti, hareket  etmesi  durumunda  hisseder; hareketine  dik  doğrultuda…

Sadece  ve  hareket  eden  yüklü  parçacıklar  tarafından  oluşturulan  manyetik  alan, yine  ve  sadece, hareket  halindeki yüklü  parçacıkları  etkiler.

Yine  de,  buzdolabı  kapısına  yapıştırılan ‘düğün  hatırası’ (magnet)  sabit  olduğu  halde, kapıya bir  çekim  kuvvetiyle yapışmakta; bu  nasıl  olmakta ?

Magnet’in  hareket  etmediği  doğru. Ancak, bu  magneti  oluşturan ‘şey’, gerçekte,  hareket  etmekte !

‘Nasıl  yani ?’  demekte  acele  edilmemeli !  Magneti  oluşturan  atomların  elektronları  kareket  etmekte !  Hem  de, birden  fazla  şekilde…

Yörünge  hareketi; en  azından  yörünge  titreşimleri  bunlardan  birincisi. Basitleştirerek söylenirse,  ‘eksenel  dönme’ (spin)  diyebileceğimiz  de, ikincisi. (Zorlaştırılmış  açıklamasını  sormayın ! Bu  yorumlamada  elektronlar  dönen  metal  küreler  olarak  dikkate  alınmakta.)

Elektronlar, hareket  eden elektrik  yükleri  olarak varsayıldığında, kendi  manyetik  alanını  yaratır. Birçok  malzeme  içindeki  elektronların  farklı oryantasyonları makroskopik  parçacık  alanını yok  eder. Ancak,bir  mıknatıs  sözkonusu  olduğunda, madde  içindeki  elektronlar sıralar  oluşturacak  şekilde  dizilmiştir; buzdolabı  kapısına  yapışmaya  yetecek  güçte  bir  manyetik  alan  oluşturarak. Evrende  gözlenen   tüm  manyetik  alanlar  hareket  eden  elektrik  yükleri  tarafından  oluşturulduğundan, kuzey  ve  güney  manyetik  kutuplarının  birbirinden  ayrılması  mümkün  olamaz. Daima,  bir  çift  oluşturacak  şekilde  ortaya  çıkarlar. Bir  mıknatıs  parçası  ne  kadar  küçük  parçalara  bölünürse  bölünsün, daima, daha  küçük  ve  manyetik  gücü  daha  zayıf  iki  ayrı  (fakat  çift  kutuplu) mıknatıs  ortaya  çıkar. (Çünkü,  parçaların içindeki  elektronlar  hareket  halinde !)

Bu  durumu yeterince  anlayanJames Clerk Maxwell, elektriklenme  ve  mıknatıslanmanın  ilişkili  olduğunun farkına  vardı: ‘Tek  kutuplu  mıknatıs (monopole) mevcut  olamaz’ !

Mıknatıslanmaya  bu  bakış, itiraz  olmadan, günümüze  kadar  geldi.

Ancak, meraklı  insanlar   atom-altı  parçacık (kuantum)  dünyasında  dolanmaya  başlayınca, şaşırtıcı  yeni  durumlar  ortaya  çıkmaya  başladı. Kuantum  dünyasının  öncülerinden  Paul  Dirac, bu  yeni  fiziğin  derin  matematiğinde komik  bazı  şeyleri keşfetti.

Bir  varsayım  olarak, eğer  tek  kutuplu  mıknatıs  mevcut  ise  ve benzer  elektrik  yüklerine  ayrılabilirse (plain  boring) , bu  parçalar  birbirinden  ne  kadar  uzakta  olursa  olsun,   dönmeye  başlarlardı.

Dirac, açısal  momentumun kuantize  olabildiği  bilgisinden  hareketle, bu  parçalar  üzerindeki  elektrik  yüklerinin  de  quantize  olması  gerektiğini  düşündü. Evrende tek  başına  bir ‘tek-kutuplu’  mıknatıs  mevcutsa, konuyu  elektrik yükünün  taneciklere  bölünmesine götürürdü.

Manyetik  ve  elektrik  alan  değişimleri diğerini  tetiklemekte. Işık  ise, elektrik  ve  manyetik  alanların  birbiri  etrafında kıpırdanmaları (wiggling) sayesinde  ortaya  çıkmakta !

Einstein, Maxwell’in  bulgularını  bir  adım  daha  öteye  götürerek, elektriklenme, manyetizme ve  hareketin  ilişkili  olduğunu  ortaya  koydu.

Bir  elektron  gibi, elektrik  yüklü  tanecik  hareket  ettiğinde manyetik  alanın  oluşmasını  tetikler. Sabit  bir  gözlemci  elektrik  alanı tespit  ederken, hareketli  bir  gözlemci  manyetik  alanı gözleyebilir !

Kısaca, genel  görelilik  durumu…

 

Yararlanılan  Kaynaklar:

https://www.space.com/42685-physics-of-magnets-surprising-facts.html

(Günün seçimi)