خاصیت مغناطیسی در برابر نیروی جاذبه

جاذبه و مغناطیس دو نیروی بنیادی هستند که تقریباً هر پدیدهای را در طبیعت تحت تأثیر قرار میدهند. از طریق مقایسهای که میان نیروی مغناطیسی و نیروی جاذبه صورت پذیرفته است، ما تفاوتهای عمده در طبیعت این نیروها را معرفی مینماییم.
با وجود این که ما استوار نگه داشتن پاهایمان بر روی کرهی زمین را مدیون نیروی جاذبه هستیم، اما این به خاطر نیروی مغناطیسی است که دستگاه هایی مانند ژنراتورهای الکتریکی، موتورها، پنکه ها، هاردهای کامپیوتر و دیگر گجتهای بی شمار الکترونیکی در راحت کردن زندگی به ما کمک مینمایند. هم مغناطیس (به عنوان یکی از جنبه های نیروی الکترو مغناطیسی) و هم جاذبه دو نیروی بنیادی طبیعت هستند که چه در مقیاس میکروسکوپیک و چه در مقیاس ماکروسکوپیک بر روی ماده اثر گذار هستند. جاذبه نیرویی است که به وسیلهی توده کردن ماده از مقیاسهای سیارهای گرفته تا دسته های کهکشانی در کنار یک دیگر ساختار زمان فضایی را در مقیاس بزرگ مشخص کرده و بدین ترتیب سرنوشت نهایی این جهان را معین می‌نماید. از طرف دیگر، در مقیاس میکروسکوپیک نیروی مغناطیسی ساختار اتمی را تعیین کرده و ویژگیهایی راتعیین مینماید. در حالی که نیروی جاذبهی احساس شده به وسیلهی یک ذره کاملاً وابسته به جرم آن است نیروهای الکترومغناطیسی تحت تأثیر بار آن اعمال میشود. ما در این مقاله مقایسهای را بین مغناطیس و جاذبه ارائه نمودهایم که تفاوتهای عمدهی میان ماهیت این دو میدان نیرو را که حاکم بر طبیعت هستند روشن میسازد.

مغناطیس چیست؟

خاصیت مغناطیسی گرایش هر مادهای نسبت به واکنش نشان دادن به هر گونه میدان مغناطیسی به کار برده شده با جذب گردیدن و یا دفع شدن است. به عنوان نمونه، زمانی که یک آهن ربا را از بالای میخهای آهنی عبور دهیم، به علت نیروی جاذبه میخها به آن میچسبند. تمامی اجسام در طبیعت خود یا دیامغناطیس هستند (به وسیلهی آهن ربای به کار برده شده دفع میگردند)، یا پارا مغناطیس (به طور ضعیف جذب میدان مغناطیسی به کار برده شده میشوند) و یا فرو مغناطیس (به شدت جذب میدان مغناطیسی به کار برده شده میشوند).
هر شیء مغناطیس شده دو قطب دارد که به آنها قطب شمال و قطب جنوب گفته میشود (چرا که آنها به سمت قطب شمال و قطب جنوب میدان مغناطیسی کرهی زمین جذب میشوند). قطبهای یک سان اجسام مغناطیسی یک دیگر را دفع مینمایند، در حالی که قطبهای مخالف یک دیگر را جذب خود مینمایند. خود کرهی زمین به مانند یک آهن ربای بزرگ عمل مینماید، که قطبهای مغناطیسی شمال و جنوب جهت سوزنهای قطب نما را به سمت خود جهت میدهند. خصوصیت مغناطیسی یک ماده برخواسته از حرکت مداری الکترونها به دور هستهی اتمی و تکانهی زاویهای چرخش درونی است.
در واقع در هر جایی که جریان الکتریکی وجود داشته باشد، یک میدان مغناطیسی نیز وجود خواهد داشت. درجهای که خاصیت مغناطیسی یک ماده با آن بیان میشود به شدت وابسته به آرایش الکترونی اتمهای سازندهی آن است. هر چه تعداد الکترونهای غیر زوج در یک اتم بیشتر باشد، این احتمال که اتم از خود خاصیت مغناطیسی نشان دهد نیز بیشتر میشود. هر اتم از ماده یک آهن ربای کوچک است. در اکثر مواد این آهن رباهای کوچک به چنان نحوی در کنار یک دیگر قرار میگیرند که نیروی یک دیگر را خنثی مینمایند. در برخی از مواد فرو مغناطیس مانند آهن، این آهن رباهای اتمی کوچک تمایل پیدا میکنند تا به خوبی و در یک جهت هم تراز یک دیگر شوند و بدین ترتیب موجب ایجاد گرایش نشان داده شده‌ی مغناطیسی شوند.
تمام رساناهایی که از میان آنها یک جریان الکتریکی عبور میکند به دور خود یک میدان مغناطیسی دارند که آنها را "الکترو مغناطیسی" میکند. آهن رباها در گجتهای الکترونیکی بی شماری مانند اسپیکرهای صوتی، زنگ در، هارد درایوهای کامپیوتری و هم چنین در ساخت "قطارهای شناور مغناطیسی (Maglev)" مورد استفاده قرار میگیرند. از همه مهمتر این که، تولید برق الکتریکی به وسیلهی قرار دادن آهن رباهایی غول آسا در درون مولدهای نیروگاه های برق ممکن گردیده است. پس از این نظر اجمالی مختصر به مغناطیس، اجازه دهید تا به جاذبه بپردازیم.

جاذبه چیست؟

بر طبق یکی از نظریات نیوتون که اکنون کنار گذاشته شده است، جاذبه یک نیروی کشش همگانی است که به وسیلهی هر ذرهای از ماده احساس میگردد و به وسیلهی دیگر نیروهای ماده به کار گرفته میشود. قانون جاذبهی نیوتون بیان میدارد که هر ذره از ماده به وسیلهی نیرویی جذب هر یک از دیگر ذرات ماده میشود، که مستقیماً با جرم دو ذره تناسب دارد و متناسب است با معکوس مربع مسافت بین آنها. با وجود این که نظریهی نیوتون به طور تجربی مورد آزمایش قرار گرفته است و میتواند با موفقیت حرکت ماهواره ها و سیاره ها را کاملاً دقیق مورد پیش بینی قرار دهد، اما این نظریه با نظریه ی خاص نسبیت صدق نمیکند که به تعریف ساختار زمان فضا میپردازد.
انیشتین جای گزینی را فراهم آورد که به نحوی مؤثر ایده ی جاذبه ی قدیمی نیوتون را تحت عنوان نیروی "کنش در فاصله" در هم کوبید و آن را با الگویی کاملاً جدید جای گزین نمود. جاذبه دیگر به عنوان یک نیرو شناخته نمیشود! آن چه را که ما تحت عنوان نیروی گرانشی احساس مینماییم در نتیجه ی انحنای زمان فضایی القاء شده به وسیله ی حضور ماده در آن است. خود زمان فضا نیز به خاطر حضور ماده انحنا پیدا میکند و این امر بر مسیرهای پرتابی ذرات دارای "سقوط آزاد" در درون آن اثر گذار خواهد بود.
امکان این امر وجود ندارد که در این جا به توضیح "نظریه ی کلی نسبیت" بپردازیم، اما این نظریه ایده ی اصلی جاذبهای است که معرفی مینماید. به عبارت سادهتر میتوان گفت که "ماده به فضا میگوید که چگونه انحنا پیدا نماید و فضا به ماده میگوید که چگونه حرکت کند"! برای درک بهتر مطلب به کتاب شگفت انگیز برنارد شوتس با عنوان "جاذبه از زمین به بالا: راهنمایی مقدماتی برای جاذبه و نسبیت عام" مراجعه نمایید.

مغناطیس در برابر جاذبه

پس مغناطیس و جاذبه چه تفاوتی با یک دیگر دارند؟ برای مبتدیان، خاصیت مغناطیسی تحت تأثیر آرایش الکترونی و یا بار اتمها قرار دارد، در حالی که جاذبه چیزی مستقل از بار است. تمام اشیائی که دارای جرم هستند کشش جاذبه را حس مینمایند، بدون در نظر گرفتن این که آیا آنها دارای بار الکتریکی هستند و یا نه. خاصیت مغناطیسی میتواند موجب جذب اشیاء به یک دیگر و یا دفع آنها از یک دیگر شود، در حالی که جاذبه تنها به عنوان یک نیروی کششی عمل مینماید. جذب و یا دفع میدان مغناطیسی بستگی به "قطبها" دارد، در حالی که در جاذبه هیچ گونه ارجحیتی در مورد بار و یا قطبها وجود ندارد. تنها ویژگی یک ماده که موجب میگردد تا به وسیله ی نیروی گرانشی جذب گردد، جرم آن ماده است.
خاصیت مغناطیسی یکی از خصوصیات ماده است، در حالی که بر طبق نظریه ی کلی نسبیت، جاذبه خصوصیت خود زمان - فضا است. خاصیت مغناطیسی بستگی به آرایش الکترونی، دما و جهت اتمها در یک ماده دارد، در حالی که نیروی گرانشی تنها بستگی به جرم ماده دارد. خاصیت مغناطیسی را میتوان به وسیله ی مختل نمودن ترتیب منظم دیسکهای مغناطیسی موجود در یک ماده از طریق گرما "خاموش" کرد، اما جاذبه هرگز نمیتواند "خاموش" شود، چرا که جاذبه خصوصیت خود زمان - فضا است.
باز هم با این وجود جاذبه از نیروی الکترو مغناطیسی (و از این رو از خاصیت مغناطیسی) ضعیفتر است. نیروی دو شیئی که به وسیله ی مغناطیس جذب یک دیگر شدهاند بسیار بیشتر از جاذبه ی گرانشی ضعیف بین آنها است. با این وجود، با بیشتر و بیشتر بزرگ شدن ذراتی که یک دیگر را جذب میکنند، جاذبه قویتر میشود و در نتیجه ساختار اجسام آسمانی بزرگی مانند ستاره ها و کهکشانها را تعیین مینماید.
از این رو جاذبه و مغناطیس به عنوان نیرو بسیار متفاوت از یک دیگر هستند. در حالی که نیروی جاذبه زمین ما را در مداری همیشگی به دور خورشید نگه میدارد، میدان مغناطیسی سیاره ی ما پوششی را فراهم میآورد که ما را در برابر بمب باران پرتوهای کیهانی محافظت مینماید. امید است که این مقاله به اندازه ی کافی حس کنجکاوی شما را در باره ی جاذبه و مغناطیس تحریک کرده باشد و شما را وادار نماید تا کند و کاوی عمیقتر در عمل کرد این دو نیروی خارق العاده ی طبیعت داشته باشید. منبع مقاله :
متن منابع