| Zanima me, kako se sploh širi magnetno polje (po čem), še bolj pa, zakaj sploh nastane (npr. zemeljsko magnetno polje)? |
Magnetno in električno polje sta le dva obraza istega fenomena, namreč elektromagnetnega polja. Izvir elektromagnetnega polja so nabiti delci. Če so le ti pri miru, oddajajo le električno polje. Če pa se nabiti delci gibljejo (rečemo, da teče električni tok), tedaj so tudi izvir magnetnega polja.
Zaradi tako tesne povezave med magnetnim in električnim poljem bomo od tu dalje raje govorili o elektromagnetnem polju, v posebnem primeru omenjenem v vprašanju bo to pač le magnetno polje. Slika elektromagnetizma kot jo je ponujala fizika koncem 19. st. je bila precej mehanicistično naravnana. Precejšen konceptualni problem je tako predstavljalo širjenje elektromagnetnega valovanja. Če na primer elektron kot izvor električnega polja premaknemo, se to pozna tudi v električnem polju, ki ga obdaja. Nastane motnja, ki se širi stran od izvira s hitrostjo svetlobe. V točki, ki je dovolj oddaljena od elektrona, da do nje motnja še ni prispela, je polje takšno kot pri nepremaknjenem elektronu. V bližini elektrona pa je polje že tako, kot ga narekuje premaknjena lega elektrona. Če elektron sedaj periodično premikamo sem in tja se bo polje vseskozi premikalo, motnje se bodo zopet širile navzven stran od izvira. Dobimo elektromagnetno valovanje- pri frekvencah okoli 10 15 Hz je to vidna svetloba. Vendar pa, po čem se širi elektromagnetno valovanje?
Zvok na primer, ki je širjenje zgoščin in razredčin (motenj v gostoti zraka), je pač valovanje, ki se širi po zraku. Po analogiji z zvokom so zato vpeljali medij, po katerem naj bi se širilo elektromagnetno valovanje -eter. A eter je bila kaj čudna snov. Če bi resnično obstajala, bi morala biti zelo redka, da je do tedaj še ne bi opazili. Poleg tega bi imela še druge nenavadne lastnosti, npr. morala bi biti tudi idealno neviskozna. Celotni ideji o etru se je zalomilo ob slavnem Michelsonovem poskusu z interferometrom, ko je želel izmeriti hitrost Zemlje glede na eter. Ugotovil je, da Zemlja glede na eter miruje, ne glede na to, da vemo, da se Zemlja giblje okoli Sonca s hitrostjo okoli 30 km/s. Da bi lahko Zemlja v etru mirovala, bi moral torej tudi eter krožiti okoli sonca. Po tem poskusu so opustili idejo etra in se sprijaznili z dejstvom, da se elektromagnetno valovanje pač širi po vakuumu.
Dodaten korak k razumevanju narave elektomagnetizma je napravila kvantna elektrodinamika. Sodobna slika elektromagnetnega polja je tako delčne narave. Nosilci interakcije so virtualni fotoni, kvanti elektromagnetnega polja. Zamislimo si situacijo, ko se elektron siplje na elektronu. V nekem trenutku prvi elektron izseva virtualni foton, drugi pa ga nato absorbira. Foton ob tem prenese gibalno količino in energijo, zato se delca odklonita. Elektromagnetna interakcija med nabitimi delci (in tako tudi med nabitimi delci in merilnimi napravami, ki ravno tako vsebujejo nabite delce) poteka prek izmenjave virtualnih fotonov.
Izmenjava virtualnega fotona med elektronoma.
In še o izvoru Zemeljskega magnetnega polja. Einstein je problem izvora Zemeljskega magnetnega polja postavil med najpomembnejša neodgovorjena vprašanja fizike prve polovice 20. st. Čeprav sam izvor Zemeljskega magnetnega polja še vedno ni povsem pojasnjen, pa nedvomno velja, da kot pri vsakem magnetnem polju, tudi tu služijo kot izvir magnetnega polja permanentni tokovi nekje v notranjosti Zemlje. Po večini razlag so to tokovi v železnem jedru Zemlje, to je v najbolj notranjem plašču Zemlje. Da je izvir magnetnega polja Zemlje dinamičen sistem, govorijo meritve o legag magnetnih polov, ki se časovno lahko zelo spreminjajo (glej zapis o tem na straneh Kvarkadabre). V zadnji polovici stoletja se je tako lega južnega magnetnega pola premaknila kar za okoli 250 km.
Glej tudi:
O Zemeljskem magnetnem polju
Severni sij
O Michelsonovem interferometru
