Tyngdekraften leger kispus med elektromagnetismen
more_vert
close
close

Vores nyhedsbreve

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og at Mediehuset Ingeniøren og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, tilbud mm via telefon, SMS og email. I nyhedsbreve og mails fra Mediehuset Ingeniøren kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Tyngdekraften leger kispus med elektromagnetismen

Maxwells ligninger har indbygget en symmetri for elektriske og magnetiske felter.

Hvis man bytter rundt på felterne – med et passende fortegnsskift – så er ligningerne for situationen uden elektrisk ladning uforandrede. Der eksisterer altså en form for elektromagnetisk dualitet.

Hvis denne elektromagnetiske dualitet er alment gyldigt, vil det også betyde, at der må findes selvstændig magnetisk ladning i form af såkaldte magnetiske monopoler på samme måde, som der findes elektrisk ladning.

Nu lancerer tre forskere fra Louisiana State University i USA og Universidad de Valencia i Spanien en teoretisk analyse i Physical Review Letters, der viser, at når man betrageter Maxwells ligninger i et univers, hvor rumtiden krummer, så opstår der en anomali for den elektromagnetiske dualitet.

I en pressemeddelelse udtaler hovedforfatteren Ivan Agullo:

»Tyngdekraften ødelægger symmetrien mellem elektriske og magnetiske felter, uanset om magnetiske monopoler eksisterer eller ej. Det er chokerende. Pointen er, at denne symmetri ikke kan eksistere i vores univers på det fundamentale niveau, da tyngdekraften findes alle vegne.«

Det er en overmåde kompliceret analyse, som Agullo og hans medforfattere lægger frem. Den kræver kendskab til både elektromagnetisk feltteori og generel relativitetsteori, som langt overgår det, som jeg selv erhvervede som forsker på det daværende Elektromagnetisk Institut på DTU for mange år siden.

Men hvis man godtager analysen – og jeg har endnu ikke set, at nogen har påpeget fejl – så kan det have konsekvenser for analysen af data fra den kosmiske baggrundsstråling, og det fjerner en af begrundelserne for, at mange mener, der findes magnetiske monopoler og ihærdigt søger at finde sådanne.

Lad os tage den sidste problemstilling først, selv om det ikke er et emne, forskerne diskuterer i den videnskabelige artikel, men udelukkende beretter om i pressemeddelelsen – og vende tilbage til baggrundsstrålingen til sidst.

Magnetiske monopoler

Tanken om magnetisk ladning eller magnetiske monopoler er langt fra ny.

Den franske fysiker Pierre Curie var i 1894 den første til at spekulere i tilstedeværelsen af magnetiske monopoler.

I 1931 viste den britiske teoretiske fysiker Paul Dirac, at magnetiske monopoler var konsistent med kvantemekanikken, og eksistensen af magnetiske monopoler kunne forklare, hvorfor elektrisk ladning var kvantiseret – altså ikke kunne antage alle værdier.

Det skærpede interessen, og eksperimentalfysikere har gennem mange år ledt efter sådanne magnetiske monopoler. De gør for tiden et nyt forsøg ved et stort eksperiment ved Cern.

Læs også: Nu skal LHC lede efter magnetiske monopoler

Og det er værd at understrege, at en anomali for den elektromagnetiske dualitet ikke beviser, at magnetiske monopoler ikke findes. Den fjerner kun et indicium. Så forskerne på Cern fortsætter garanteret uanfægtet af den nye videnskabelige artikel.

Den kosmiske baggrundsstråling

Men en anomali kan dog have konsekvenser for fysikere, der studerer den kosmiske baggrundsstråling, som er eftergløden fra Big Bang for næsten 14 milliarder år siden.

Denne er en uvurderlig kilde til information om Universets opbygning og udvikling, som det bl.a. er fremkommet med observationer med den europæiske Planck-satellit, selv om dennes seneste præcisionsmåling også har efterladt forskerne med ubesvarede spørgsmål.

Læs også: Planck melder pas: Universets tidligste historie forbliver et mysterium

Når man i dag analyser polarisationen af fotoner i den kosmiske baggrundsstråling går man ud fra, at denne ikke er påvirket af gravitationsfeltet. Men denne antagelse kan man ikke uden videre gøre, ifølge den nye analyse.

Ivan Agullo oplyser, at han nu forsøger at kvantificere, hvor stor effekt anomalien for den elektromagnetiske dualitet er på dette område – og om det overhovedet er noget, man behøver at bekymre sig om.

Men på det helt fundamentale plan er det dog interessant, at han i det hele taget er kommet frem til, at tyngdekraft og elektromagnetisme har noget med hinanden. Noget som mange ville have forsvoret var tilfældet. I dagligdagen er det dog næppe noget, som har nogen betydning.

Ny analyse viser, at krumninger i rumtiden ophæver dualiteten mellem elektricitet og magnetisme, der er indbygget i Maxwells ligninger for det elektromagnetiske felt. Det kan være forklaringen på, at der ikke findes magnetiske monopoler.

Kors.

Mangnetiske monopoler findes ikke af den simple årsag, at magnetiske poler heller ikke findes!

En magnet svarer til en roterende aksel. Kikker man ind fra den ene ende, roterer akslen højre om. Det betegner vi som en nordpol; men kikker man ind fra den modsatte ende, roterer akslen venstre om, hvilket vi så betegner som en sydpol. Om vi ser en nordpol eller en sydpol afhænger udelukkende af fra hvilken vinkel, "akslen" betragtes, og har altså ikke noget med den fysiske verden at gøre. At lave en magnetisk monopol vil svare til at lave et objekt, der roterer samme vej rundt uanset hvilken vinkel, det betragtes fra, hvilket naturligvis er umuligt.

Normalt opfatter man B-feltet (det magnetiske felt) som stående vinkelret på strømretningen; men det er bare en regnestørrelse. I virkeligheden har feltet nøjagtig samme retning som elektronstrømmen, så man kan glemme alt om højrehåndsregler og griberegler og får samtidig en intuitiv og letforståelig fysik - hvis man vel at mærke accepterer, at æteren eksisterer!

Æter og elektroner kobler til hinanden, så når man sender en elektron i en retning, får man samtidig en massebevægelse tæt på elektronen (fra æteren, som indeholder massen) i nøjagtig samme retning og hastighed - altså ikke på tværs, hvilket også ville være totalt ulogisk. Det ville jo svare til, at hvis man skubber en bil fremad, bevæger den sig sidelæns, og man ville ikke kunne gøre rede for omsætning mellem potentiel energi og kinetisk energi. Når man accelererer bilen, omsætter man potentiel energi til kinetisk energi, og det modsatte sker ved nedbremsning. Samtidig er det værd at bemærke, at alle kræfter udelukkende overføres vha. ændringer i potentiel energi. Kinetisk energi kan ikke i sig selv overføre kræfter, men kan omdannes til potentiel energi, der kan. Hvis to objekter med konstant hastighed passerer forbi hinanden i vakuum er der ingen gensidig påvirkning.

Præcis det samme sker også med elektriske og magnetiske felter. I et elektrisk felt er energien opbevaret som potentiel energi dvs. som et (æter)tryk, der kan påvirke andet, og i et magnetisk felt er energien opbevaret som kinetisk energi i form af en (æter)bevægelse. Elektromagnetisk udbredelse sker så ved impulsudveksling (mellem æterpartikler), hvor energien skiftevis er opbevaret som potentiel energi og kinetisk energi. Det kan i éndimensional retning (transmissionslinje) simuleres med et stigenetværk bestående af parallelkondensatorer, der kan indeholde potentiel energi, og seriespoler, der kan indeholde kinetisk energi.

Ruller vi en ledning sammen til en spole, vil enhver æterbevægelse stadig følge elektronstrømmen, så æteren i midten af spolen begynder at dreje rundt med samme hastighed og retning som elektronstrømmen. På ydersiden bliver rotationsretningen naturligvis modsat. Er der kerne i spolen, vil de enkelte magnetiske domæner i den rette ind og få samme rotationsretning.

Magnetfeltet falder med 3. potens af afstanden, så hvis vi nærmer to magneter med samme rotationsretning til hinanden (nordpol mod sydpol), vil magnetfeltet stige imellem dem dvs. i æteren - ikke i magneterne selv; men da energien i æteren er konstant, må den potentielle energi af æteren (trykket) samtidig nedsættes tilsvarende, hvilket skaber en tiltrækning. Omvendt vil modsat rotationsretning nedbryde magnetfeltet i æteren mellem magneterne, hvilket betyder, at den potentielle energi (trykket) må stige tilsvarende, hvilket skaber en frastødning. Bemærk at tiltrækning og frastødning skabes af potentiel energi dvs. en form for elektrisk felt og ikke af et magnetisk felt, så magnetiske kræfter er reelt set elektriske kræfter!

Hvis man sender en strøm gennen en leder, der befinder sig i et magnetfelt mellem en nord- og sydpol, sker nøjagtig det samme, og lederen vil blive påvirket af en tilsvarende kraft til siden; men det skyldes stadig ikke, at der er felter, der står vinkelret på hinanden. På den side af de magnetiske domæner, hvor elektronstrømmen går samme vej som spinretningen, vil den kinetiske energi i æteren mellem domæner og elektroner stige, og da den samlede æterenergi er konstant, vil det medføre et tilsvarende fald i potentiel energi (lavere tryk), og på den modsatte side, vil det mellemliggende magnetfelt nedbrydes, hvilket vil give anledning til en forøgelse af den potentielle energi (højere ætertryk).

Mekanismen er den samme som Magnus effekten ( https://en.wikipedia.org/wiki/Magnus_effect ) på en Flettner rotor (https://en.wikipedia.org/wiki/Flettner_rotor) i den mekaniske verden, og formlerne er ækvivalente. På den side, hvor rotoren kører samme vej som luftstrømmen, stiger den kinetiske energi af luften tæt på rotoren, så trykket falder, og på modsatte side falder den kinetiske energi, så trykket stiger. Det betyder, at separationspunktet, hvor flowet bliver turbolent, kommer til at ligge længere tilbage på den side med lavt tryk (samme retning) end på den side med højt tryk, så den samlede luftstrøm afbøjes, og der skabes et lift - se tegningen og beskrivelsen i artiklen om Magnus effekten.

Kraften på en Flettner rotor er F = pi^2 x r^3 x p x w x v, hvor r er radius, p er luftdensiteten, w er vinkelhastigheden af rotoren og v er lufthastigheden. Det sidste gangetegn skal læses som et krydsprodukt, da kraften går vinkelret på luftretningen.

På tilsvarende måde er kraften på en ledning, der gennemløbes af en strøm, F = q x B x v, hvor q er ladningen og B er den magnetiske feltstyrke, som er proportional med vinkelhastigheden af spinnet. Også her skal sidste gangetegn være et krydsprodukt.

Fra alle dem, der hævder, at æteren ikke eksisterer, vil jeg meget gerne have en forklaring på, hvordan de mener, magnetisk tiltrækning og frastødning foregår rent fysisk. Ikke bare at nordpol tiltrækker sydpol, men hvorfor det er sådan! Jeg vil også gerne vide, hvordan man omsætter mellem kinetisk energi og potentiel energi, hvis felterne står vinkelret på hinanden, og jeg vil gerne have en forklaring på, hvorfor en ledning, der gennemløbes af en strøm, påvirkes af en sideværts kraft. Igen efterspørger jeg en fysisk forklaring, og ikke bare en formel, der siger, at sådan er det. Det nytter f.eks. ikke noget bare at henvise til et B-felt, hvis man ikke samtidig kan gøre rede for, hvad dette B-felt består af, og hvordan det bærer sig ad med at udveksle kræfter og opbevare energi. Jeg søger altså ikke en forklaring i stil med at tyngdekraften vil få et æble til at falde ned, men hvorfor det er sådan - dvs. hvad der forårsager tyngdekraft.

  • 6
  • 13

Fra alle dem, der hævder, at æteren ikke eksisterer,


Jeg kan ikke se at din forklaring kræver nogen æter. Forestil dig at dine æter partikler er uendeligt små. Så eksisterer de netop ikke som partikler. Men, det er intet i din forklaring, der forhindrer de er uendeligt små. Din forklaring dur således også uden æterens eksistens. Så hvorfor, vil du have æter partikler involveret?

Hvordan vil du udregne størrelsen af partiklerne? Hvis de ikke er uendeligt små, og dermed ikke eksisterer, så må du have en formel, der forklarer hvor store de er, og kunne lave et eksperiment, der viser din størrelse kan måles.

Hvis æterpartiklerne bevæger sig, har du så en metode at måle det? Opstår et felt, du kan måle, når partiklerne bevæges?

  • 10
  • 1