Можно ли разделить полюса магнита?

Может показаться здравым смыслом, что когда мы разделяем магнит, мы получаем 2 магнита с их собственными северными полюсами. Но почему-то мне трудно принять этот факт. (Теперь я знаю, что это утверждается магнитным законом Гаусса. ∇ → ⋅ Б → знак равно 0. )

У меня возникло это сомнение с тех пор, как я прочитал о квантовой теории поля, и я знаю, что могу показаться сумасшедшим, но действительно ли невозможно разделить полюса магнита?

Есть ли какое-то доказательство/объяснение существования независимо существующего магнитного монополя?

Ответы (8)

Что ж, для того, чтобы это расщепление стало возможным, магнит должен был бы состоять из двух магнитных монополей (подобно заряженным частицам, но с «магнитным зарядом» вместо электрического заряда), связанных вместе. На самом деле ни один известный магнит не устроен таким образом; все изученные настоящие магниты состоят либо из маленьких токовых петель, либо из частиц, обладающих спиновым магнитным моментом (и они в основном действуют как маленькие токовые петли).

До сих пор остается открытым вопрос, существуют ли магнитные монополи. Некоторые теории предсказывают, что должны, но большинство из них ничего не говорят об этом. Мне неизвестны какие-либо теории, запрещающие существование этих монополий. Квантовая теория поля в целом относится ко второй категории; то есть в КТП нет ничего, что требовало бы существования или отсутствия магнитных монополей.

Конечно, тоталитарное «правление» предполагало бы либо существование монополий, либо какое-то — пока еще неизвестное — правило, запрещающее их. Следите за обновлениями.
Однако было бы «хорошо», если бы они существовали, потому что это немедленно объяснило бы, почему заряд квантуется.
Насколько я понимаю, существуют теории, утверждающие, что магнитные монополи существуют, но в смехотворно малом количестве — горстка их во всей видимой Вселенной. Что позволит вам получить выгоду от квантования заряда, не нуждаясь в том, чтобы их было очень много.
Кроме того, есть полуизвестный эксперимент по поиску магнитных монополей, которые увидели один сигнал именно того типа, который они ожидали от монополя, в течение первых нескольких часов работы. И больше никогда ничего подобного не видел. Почти наверняка это был сбой, но довольно забавно представить, что они действительно увидели единственный монополь в Местной группе, когда впервые включили свой детектор...
Монополи запрещены уравнениями Максвелла, в частности ∇ ⋅ Б знак равно 0 . Если вам нужны монополи, вам нужно изменить это конкретное уравнение.
@Joe: конечно, но уравнения Максвелла были разработаны таким образом, чтобы отражать тот факт, что магнитные монополи не наблюдаются в природе. Я не считаю это фундаментальной причиной, по которой они не могли существовать.

Примерно так выглядят атомы магнита:

альтернативный текст

поэтому, когда вы делите его на две части, вы ничего не меняете, кроме длины магнита. Как вы можете видеть, северные полюса (черные стороны или «К», поскольку это на другом языке) обращены к северу, а южные полюса обращены к югу в каждой части магнита.

ЕСЛИ существуют такие вещи, как монополи, то можно определить магнитный заряд, который позволил бы нам разделить единичный магнит на два монополя. Однако для магнитных монополей нет никаких подтверждений, так что нам придется пока принять магниты как единое целое.

Что касается черных дыр, то их притяжение является гравитационным, и мало чем отличается от земного притяжения, действующего на вас.

Магнитные монополи, безусловно, существуют. Это не требует ТВО, они существуют в любой теории, где электромагнитное U(1) компактно (т.е. где заряд квантуется). Это следует только из квазиклассического поведения распада черной дыры и поэтому не требует неизвестной физики.

Причина, по сути, та же, что вы утверждаете: вы можете поляризовать черную дыру в сильном магнитном поле и позволить ей расщепиться излучением Хокинга на две противоположно заряженные черные дыры с противоположными полярностями. Магнитно заряженные черные дыры существуют в классической общей теории относительности, как и дыры с произвольным соотношением электрического и магнитного зарядов, и вы не можете запретить их, по крайней мере, для черных дыр макроскопических размеров, не разрушив теорию.

Когда вы даете монополярным черным дырам распасться, вы обнаруживаете относительно легкие монополи. Самые легкие монополи будут легче его магнитного заряда, так что два таких монополя будут магнитно отталкиваться, а не притягиваться. Предположительно, монополь, который вы найдете, будет (мало кратным) кванту магнитного монополя Дирака.

Для меня это так же очевидно, как существование Хиггса. Мы не наблюдали ни того, ни другого, но теоретический аргумент вполне убедителен.

Я не согласен с вашим утверждением, что «магнитные монополи определенно существуют», тогда как вы теперь говорите: «Магнитные монополи были предсказаны». У меня нет проблем со вторым утверждением, но в вашем ответе указано первое.
Несколько комментариев, не связанных с физикой, были отредактированы/удалены из-за флажков. Пожалуйста, соблюдайте вежливость.
Для отрицательных: вопрос задан конкретно о том, могут ли черные дыры расщеплять полюса. В рамках ОТО вы можете создать магнитно заряженную черную дыру, и в этом нет реальной проблемы, потому что ненулевое расхождение B скрыто за горизонтом. Таким образом, в полуклассической гравитации вы можете создавать магнитные черные дыры, создавая противоположно заряженные магнитно-заряженные пары ЧД, и результат должен распадаться на легчайшие магнитные монополи под действием излучения Хокинга. Это настолько четкое требование, что, по моему мнению, некорректно колебаться на этом --- современная физика однозначно предсказывает монополи.
@Qmechanic, не могли бы вы опубликовать свой комментарий с исследованием истории голосования по этому ответу? Его удалили (Давидом Заславским?)?
Привет, Рон, не могли бы вы опубликовать физику, которую вы так хорошо объяснили, в качестве мета-ответа в своем ответе здесь? Хотел еще раз перечитать, а теперь не могу.
Хороший ответ, +1. Точно так же, как более склонные к экспериментам люди вправе отвергать существование магнитных монополей, физики-теоретики могут объяснять, почему они скорее убеждены в их существовании, исходя из теоретических соображений. Это именно то, что Рон прекрасно делает в своем ответе, так что с точки зрения физики в этом нет ничего плохого.
Чтобы еще больше пояснить мой вышеприведенный комментарий, отметим, что нет необходимости непосредственно открывать магнитный монополь (имеется в виду тяжелая элементарная частица), как полагает Скливвз, чтобы быть убежденным в том, что они должны существовать (даже если они могут быть слишком тяжелыми, чтобы быть доступными для текущие технические возможности) из теоретических соображений, как объясняет Рон в своем ответе.
Недавним примером подобной ситуации, которая сейчас урегулирована, является открытие бозона Хиггса. Много лет были известны только теоретические причины ее существования, и вот она наконец обнаружена. До того, как его открыли, многие тоже были настроены скептически, тогда как теоретики всегда были уверены в его существовании.
@Dilaton: я согласен, но аргумент, который я здесь написал, не появляется в литературе дословно (хотя он есть, если вы читаете между строк), поэтому люди относятся к нему скептически, потому что они впервые слышат о магнитно заряженном черном цвете. отверстия. Но теоретически они необходимы для согласованности, поскольку выполняется и GR, и EM, патч за патчем, и они согласуются патч за патчем. Просто это теория поверх теории, монополи поверх излучения Хокинга, поверх черных дыр, и нужна уверенность во всех предыдущих теориях, чтобы приобрести уверенность в последней.
Недавно я пересмотрел несколько хороших лекций Ленни Сасскинда, где он объясняет электромагнитную дуальность с разных точек зрения, начиная с объяснения ее как симметрии уравнений Максвелла и заканчивая выводом ее из дуальности между f- и D-струнами. Электрически заряженные частицы представляют собой открытые f-струны, а магнитно заряженные частицы — открытые D-струны, прилипшие одним концом к D-бране. Наблюдатели на или внутри (?) D-браны наблюдают их как электроны и магнитные монополи. Поэтому мне кажется естественным, что если черные дыры могут быть электрически заряжены, то это законно.
из-за этой двойственности также существуют магнитно заряженные черные дыры.
@RonMaimon: если вы все еще здесь, возможно, вы могли бы вмешаться в вопрос «Подразумевают ли полуклассический GR и квантование заряда магнитные монополи? »
@RetardedPotential: ответит на переполнение физики.

Я подозреваю, что ваша проблема в том, что вы хотите подумать об этом риторически. Магнитные полюса на самом деле просто умственный ярлык, полезный для того, чтобы дать немного интуиции тому, что по своей сути является просто математикой. У нас нет физических объектов, называемых магнитными полюсами, у нас есть магнитное поле, и оно работает так, как если бы оно было создано токами (и, возможно, вращением, которое может или не может работать как движущийся заряд (ток)). Итак, разрежьте свой магнит, и у вас будет два одинаковых, но более коротких куска, а локальная концентрация силовых линий обычно называется «полюсом», а полярность относится к знаковому значению магнитного поля, нормального к поверхности.

То, о чем вы говорите, это создание магнитных монополей (эффективно магнитных зарядов). В классической электродинамике такие объекты не согласуются ни с одним из уравнений Максвелла. В частности, ∇ ⋅ Б знак равно 0 уравнение специально запрещает существование магнитных монополей. Чтобы они существовали, нужно изменить это уравнение так, чтобы оно было пропорционально плотности магнитных монополей. Хотя есть несколько непроверенных теорий, которые могут привести к возникновению магнитных монополий, все наши наблюдения до сих пор согласуются с отсутствием монополий.

Кроме того, магниты, с которыми вы, возможно, сталкивались, работают через магнитное поле, создаваемое движущимся зарядом, а не за счет присутствия монополей. Обычно это поле обусловлено угловым моментом заряженных электронов.

Надеюсь, это прояснит ситуацию.

Разрезание магнита на две части похоже на разрезание вектора: вы можете изменить его длину, но вы не можете изменить его направление (вы не можете сделать его беснаправленным).

Магнитные монополи появляются в некоторых теориях Великого объединения и SUSY-моделях физики элементарных частиц, но невозможны в стандартной модели, поэтому мы не знаем, могут ли они действительно существовать.

Однако даже в стандартной электродинамике вы можете создать иллюзию магнитных монополей, направив магнитный поток между двумя полюсами по тонкой магнитной трубке или «игле».

Недавно некоторые физики конденсированного состояния смогли использовать эту возможность в системе спинового льда, чтобы создать впечатление, что магнитные монополи движутся в материале. В то время этот эффект был описан в некоторых блогах, поэтому я просто дам ссылку на подробное описание в Backreaction , а не попытаюсь повторить его самостоятельно.

Тем не менее, действительно изолированный магнитный монополь, который может быть брошен в черную дыру, оставив после себя своего близнеца, возможен только в том случае, если некоторые теории ТВО верны. Люди пытались наблюдать их, наблюдая за током в катушке на предмет эффекта монополя, проходящего через нее, но без (подтвержденного) успеха.

Теоретически, если они существуют, они должны были быть созданы в изобилии в очень ранней Вселенной во времена энергий шкалы ТВО. Первоначально теория космологической инфляции была предложена для объяснения того, почему мы их не видим. Они были бы там, но в таком малом количестве, что мы не можем найти ни одного. Нашей единственной надеждой будет ускорение и столкновение частиц в масштабе GUT. 10 12 ТэВ, но это в настоящее время за пределами наших самых смелых мечтаний.

Нет, потому что найденный магнит не состоит из полюсов. Не имея магнитных зарядов, творцу пришлось обманом использовать токи электрических зарядов. Эти токи создают сразу два полюса, и это все магниты, встречающиеся сегодня в природе (и запасах).

Это не совсем точно. На самом деле творец схитрил немного по-другому и использовал собственный магнитный момент элементарных частиц для создания магнетизма. Некоторая часть магнетизма происходит от орбитального движения (и это можно интерпретировать как токи), но это относится только к диамагнетизму и парамагнетизму, а не к ферромагнетизму.
@marek Не только орбитальное движение означает ток; вращение - это, ну, в какой-то степени ток, если только у вас нет размера точки. Вращающееся заряженное тело имеет магнитный момент, потому что это электрический ток. Нейтроны обладают магнитным моментом и не имеют электрического заряда, потому что это составной объект, который может иметь внутренние токи (хоть и странно связывать спин элементарных заряженных частиц с током, но это все же правильный классический взгляд на это)
именно это я и говорю. Вы говорите только о классической перспективе, а я поправлял вас, говоря, что это не совсем правильно. Возможно, большая часть магнетизма исходит от собственного магнитного момента электронов (и это может быть классически связано с их спином через гиромагнитное отношение, но это не важно). Вы никогда не сможете объяснить это течениями. Это гораздо лучше объясняется моделями физики твердого тела и статистическими моделями (такими как модель Изинга, модель Гейзенберга и т. д.). Токи не имеют никакого отношения к происхождению ферромагнетизма.
Можно ли разделить полюса магнита?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 3v