«مغناطیس» چگونه در سیارۀ ما حبس شد؟

فرادید| تصویر یک اتم با الکترون‌هایی که اطراف یک هسته مرکزی برآمده از پروتون‌ها و نوترون‌ها ازدحام میکنند، در درک ما از علم به اندازه مارپیچ DNA یا حلقه‌های زحل، اهمیت دارد. با این حال، هرقدر هم به بخش کوچکی از این مبانی علمی بپردازیم، باز هم عمق بیشتری آشکار می‌شود و باید میکروسکوپ را بیشتر متمرکز کنیم و حتی نیروهای بیشتری را کشف کنیم که بر جهان ما حاکم هستند. 

به گزارش فرادید، فرانک کلوز، فیزیکدان نظری، در کتاب جدید خود «شارژ: چرا گرانش حکومت می‌کند؟»، نیروهای بنیادی حاکم بر جهان ما را بررسی می‌کند و پرسش‌هایی را مطرح می‌کند در جستجوی این توضیح که چگونه تعادل ظریف بارهای مثبت و منفی، راه را برای گرانش هموار کرد تا جهان ما را شکل دهد. کلوز توضیح می‌دهد چگونه مغناطیس، ملموس‌ترین نیروهای بنیادی، کشف شد، از کجا آمد و چگونه این نام را به خود گرفت.

نیروی درون

«مغناطیس» مظهر الکتریسیته است و برعکس. الکتریسیته و مغناطیس از همان ابتدا در محیط اطراف ما نشانده شدند. پنج میلیارد سال پیش، زمانی که زمین تازه متولد شده بود، پلاسمای داغی از جریان‌های الکتریکی چرخان بود که این جریان‌ها میدان‌های مغناطیسی ایجاد کردند. همانطور که ماگما سرد شد تا چیزی را شکل دهد که امروزه پوسته بیرونی جامد جهان است، مغناطیس در مواد معدنی حاوی آهن مانند مگنتیت حبس شد. 

امروزه، هسته مایع زمین هنوز حالت رقصنده‌ای از جریان‌های الکتریکی دارد که یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند که به اتمسفر و بسیار فراتر از آن گسترش می‌یابد و برای حواس عادی ما نامرئی است. اما با انتشار از منبع خود در هسته مذاب به آسمان‌های بالا، ابتدا در پوسته زمین نفوذ می‌کند. اینجاست که اثر ملموسی از خود به جای می‌گذارد، مدرکی مبنی بر وجود نیرویی قوی‌تر از گرانش در زمین که تأثیر آن بسیار زیاد است!

در نخستین دوره پرکامبرین، یعنی چهار میلیارد سال پیش، با سرد شدن سطح، عناصر اتمی در لایه‌ها انباشته شدند. پایدارترین آن‌ها یعنی «آهن»، امروزه یکی از فراوان‌ترین عناصر پوسته است. سنگ‌های آذرین از گدازه‌های آتشفشانی تشکیل شدند و این خاصیت را دارند که در حضور یک میدان مغناطیسی، اتم‌های آن‌ها مانند سربازان رژه بروند، چرا که خودشان مغناطیسی می‌شوند. از این موضوع در بازنمایی‌هایی که در آن‌ها، میدان مغناطیسی یک آهنربای میله‌ای را می‌توان قابل‌مشاهده کرد، استفاده می‌شود. 

میدان مغناطیسی. آهنربای میله‌ای مغناطیس را در قطعات آهن القا می‌کند و حضور میدان مغناطیسی آن را آشکار می‌کند که از یک قطب به قطب دیگر پخش می‌شود. 

براده‌های کوچک آهن ابتدا روی سطح یک میز پراکنده می‌شوند و سپس آهنربایی با احتیاط بین آن‌ها قرار می‌گیرد. میدان مغناطیسی آن سبب ایجاد مغناطیس در براده‌های آهن می‌شود و آن‌ها را به هزاران آهنربای مینیاتوری تبدیل می‌کند. هر یک از این‌ها به درستی خود را در میدان مغناطیسی جهت داده و نشان می‌دهد جهت نیروی مغناطیسی چگونه از مکانی به مکان دیگر متفاوت است. 

آهنربای میله‌ای یک مدل ساده است که نشان می‌دهد برای خود زمین مغناطیسی چه اتفاقی می‌افتد. قطب‌های مغناطیسی شمالی و جنوبی زمین مشابه قطب‌های مغناطیسی میله‌ای هستند، میدان مغناطیسی سیاره ما تا فاصله زیادی در فضا گسترش می‌یابد. در فضا هیچ براده آهنی وجود ندارد، اما مقادیر زیادی سنگ آهن در تپه‌ها، صخره‌ها و کوه‌های روی زمین وجود دارد. در برخی نقاط، به طور تصادفی، این خوشه‌های مغناطیسی بسیار گسترده هستند، مانند جزیره اِلبا و کوه آیدا در آسیای صغیر، جایی که رخنمون‌های بزرگ، اثر مغناطیسی را در سنگ‌هایی حفظ کردند که از نظر تاریخی سنگ آهنربا شناخته می‌شوند و اکنون مَگنِتیت نامیده می‌شوند. 

افسانه‌هایی وجود دارد مبنی بر اینکه چگونه هزاران سال پیش در یونان باستان، چوپانی با کفش‌های چرمی که با میخ‌های آهنی چفت شده بود، به معنای واقعی کلمه با مگنتیت برخورد کرد وقتی مغناطیس قدرتمند، گل‌میخ‌های کفش او را گرفت. چه چوپانی به نام مَگنِس این سنگ هم‌نام خود را کشف کرده باشد یا نه و اگر چنین باشد، چه در مَگنِزیا در شمال آتن، چه در کوه آیدا در آسیای صغیر یا حتی کوه آیدای دیگری در کرت باشد، به احتمال بسیار زیاد چنین تجربیاتی، هر چند نه به اندازه‌ی این داستان نمایشی، در موقعیت‌های مختلف اتفاق افتاده است. 

بدون شک، قدرت مغناطیس از عصر آهن آشکار شده است. رعد و برق یک جریان الکتریکی است که میدان‌های مغناطیسی شدیدی ایجاد می‌کند و سنگ‌های آهنی را مغناطیسی می‌کند. گداختن برای بازیابی فلز آهن خالص از این منابع، جاذبه مغناطیسی آن‌ها را آشکار می‌کرد. بنابراین، این پدیده احتمالاً حدود ۳۰۰۰ سال شناخته شده است. مانند کشف آتش، کشف مغناطیس نیز احتمالاً در چندین مکان به طور مستقل انجام شده که همگی از مغناطیسی کردن طبیعی آهن در سنگ‌ها الهام گرفته شدند. 

از آنجا که این پدیده از اسطوره‌های یونان به لاتین و در ادامه به انگلیسی گسترش یافت، نام‌ آن به «سنگ مَگنِس» یا «مَگنِت» (به معنای آهنربا) تغییر یافت.

مترجم: زهرا ذوالقدر