Das Bild des Atoms mit Elektronen, die sich um einen zentralen Kern voller Protonen und Neutronen drängen, ist für unsere Vorstellung von Wissenschaft ebenso ikonisch wie die Helix der DNA oder die Ringe des Saturn. Aber egal wie sehr wir an der Oberfläche dieser wissenschaftlichen Grundlagen kratzen, wir können tiefer gehen, indem wir dieses Mikroskop weiter fokussieren und mehr von den Kräften entdecken, die unsere Welt regieren.
In seinem neuen BuchAnklage: Warum regiert die Schwerkraft?„Der theoretische Physiker Frank Close erforscht die fundamentalen Kräfte, die unser Universum regieren, und stellt dabei Fragen, die erklären wollen, wie das empfindliche Gleichgewicht positiver und negativer Ladungen der Schwerkraft den Weg ebnete, unser Universum zu formen.
In dieser Folge erklärt er, wie der Magnetismus, die grundlegende, greifbare Kraft, entdeckt wurde, woher er kam und wie er zu seinem Namen kam.
Die Kraft liegt im Inneren
Magnetismus ist eine Manifestation von Elektrizität und umgekehrt. Elektrizität und Magnetismus sind unserer Umgebung von Anfang an eingeprägt. Vor fünf Milliarden Jahren, als die entstehende Erde ein heißes Plasma aus elektrischen Wirbelströmen war, erzeugten diese Ströme Magnetfelder. Als das Magma abkühlte und sich bildete, was heute als feste äußere Kruste der Welt bekannt ist, Magnetismus Es war in eisenhaltigen Mineralien wie Magnetit eingeschlossen.
heute ist Der flüssige Kern der Erde Es herrscht immer noch ein Terpsichore-Rausch elektrischer Ströme, die ein Magnetfeld erzeugen. Dies reicht bis in die Atmosphäre und weit darüber hinaus und ist für unsere natürlichen Sinne unsichtbar. Doch während es sich von seiner Quelle im geschmolzenen Kern bis in den Himmel ausbreitet, dringt es zunächst in die Erdkruste ein. Hier hinterlässt es einen spürbaren Eindruck, ein Beweis für die Existenz einer Kraft, die stärker als die Schwerkraft ist und im Inneren der Erde wirkt und deren Einfluss sich über sehr große Entfernungen erstreckt.
Gehen wir zurück ins frühe Präkambrium vor vier Milliarden Jahren, als die Oberfläche abkühlte und sich in den Schichten atomare Elemente ansammelten. Das stabilste dieser Elemente ist Eisen, das heute eines der am häufigsten vorkommenden Elemente in der Erdkruste ist. Aus Lava entstandenes magmatisches Gestein. Diese Gesteine haben die Eigenschaft, dass ihre Eisenatome in Gegenwart eines Magnetfelds wie Soldaten in einer Parade agieren und selbst magnetisch werden. Dies wird in beliebten Demonstrationen ausgenutzt, bei denen das Magnetfeld eines Stabmagneten sichtbar gemacht werden kann.
Zuerst werden kleine Eisenstücke auf der Tischoberfläche verstreut und dann vorsichtig ein Magnet dazwischen platziert. Sein Magnetfeld stimuliert den Magnetismus in den Eisenspänen und verwandelt sie in Tausende von Miniaturmagneten. Jedes dieser Elemente orientiert sich im Magnetfeld und zeigt, wie sich die Richtung der Magnetkraft von einem Ort zum anderen ändert.
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Ein Stabmagnet ist ein einfaches Modell, das zeigt, was mit der magnetischen Erde selbst passiert. Die magnetischen Nord- und Südpole der Erde Sie ähneln denen eines Stabmagneten, dem weit in den Weltraum reichenden Magnetfeld unseres Planeten. Im Weltraum gibt es keine Eisenspäne, aber große Mengen Eisenerz finden sich in Hügeln, Hängen und Bergen auf der Erde. An manchen Orten sind diese magnetischen Ansammlungen zufällig sehr umfangreich, wie auf der Insel Elba und dem Berg Ida in Kleinasien, wo große Aufschlüsse den magnetischen Abdruck in Gesteinen bewahren, die früher als Magnetit bekannt waren und heute als Magnetit bezeichnet werden.
Es gibt Legenden, die besagen, dass vor Tausenden von Jahren im antiken Griechenland ein Hirte, der Lederstiefel trug, die mit Eisennägeln festgehalten wurden, buchstäblich über Magnetit stolperte, als ein starker Magnetismus die Nägel in seinem Schuh erfasste. Ob ein Hirte namens Magnes den gleichnamigen Felsen entdeckt hat oder nicht, und wenn ja, ob in Magnesia, nördlich von Athen, oder auf dem Berg Ida in Kleinasien oder sogar auf einem anderen Berg Ida auf der Insel Kreta, ist es sehr wahrscheinlich Solche Erlebnisse hätten, wenn auch weniger dramatisch als in der Geschichte, bei verschiedenen Gelegenheiten geschehen können.
Sicherlich ist die Kraft des Magnetismus seit der Eisenzeit offensichtlich. Ein Blitz ist ein elektrischer Stromblitz, der starke Magnetfelder erzeugt und Eisengestein magnetisiert. Eine Verhüttung zur Gewinnung von reinem Eisen aus diesen Quellen würde ihre magnetische Anziehungskraft offenbaren. Dieses Phänomen ist also wahrscheinlich seit etwa 3.000 Jahren bekannt. Wie die Entdeckung des Feuers könnte auch der Magnetismus an mehreren Orten unabhängig voneinander entstanden sein, alle inspiriert von der natürlichen Magnetisierung von Eisen in Gesteinen.
Weil magnetisches Gestein überall ist. Im 16. Jahrhundert verzeichneten Reisende die besten Beispiele aus Ostindien und der chinesischen Küste: „Sehr groß und schwer; [the stone] „Er wird für sich ein ordentliches Gewicht aus Eisen oder Stahl ziehen oder heben.“ [Robert Norman, The Newe Attractive, 1581]. Als sich das Wissen über dieses Phänomen von der griechischen Mythologie ins Lateinische und dann ins Englische verbreitete, änderten sich die Namen in „Magnes Rock“ oder „Magnet“.
© [Oxford University Press]
Auszug aus CHARGE: Warum regiert die Schwerkraft? Geschrieben von Frank Close, veröffentlicht von Oxford University Press, Erhältlich im Hardcover- und E-Book-Format
„Zertifizierter Unruhestifter. Freundlicher Forscher. Web-Freak. Allgemeiner Bierexperte. Freiberuflicher Student.“
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