إن صورة الذرة، مع احتشاد الإلكترونات حول نواة مركزية منتفخة بالبروتونات والنيوترونات، هي صورة أيقونية في تصورنا للعلم مثل حلزون الحمض النووي أو حلقات زحل. ولكن مهما خدشنا سطح هذه الأساسيات العلمية، يمكننا أن نذهب إلى ما هو أعمق من ذلك، من خلال تركيز هذا المجهر بشكل أكبر واكتشاف المزيد من القوى التي تحكم عالمنا.
في كتابه الجديد “التهمة: لماذا تحكم الجاذبية؟“، يستكشف عالم الفيزياء النظرية فرانك كلوز القوى الأساسية التي تحكم عالمنا، ويطرح أسئلة على طول الطريق تسعى إلى شرح كيف مهد التوازن الدقيق للشحنات الموجبة والسالبة الطريق للجاذبية لتشكيل كوننا.
في هذا الاستثناء، يشرح كيف تم اكتشاف المغناطيسية، وهي القوى الأساسية الملموسة، ومن أين أتت وكيف حصلت على اسمها.
القوة داخل
المغناطيسية هي مظهر من مظاهر الكهرباء، والعكس صحيح. لقد انطبعت الكهرباء والمغناطيسية في محيطنا منذ البداية. قبل خمسة مليارات سنة، عندما كانت الأرض الوليدة عبارة عن بلازما ساخنة من التيارات الكهربائية الدوامة، خلقت هذه التدفقات مجالات مغناطيسية. عندما بردت الصهارة لتشكل ما يعرف اليوم بالقشرة الخارجية الصلبة للعالم، المغناطيسية كان محبوسًا في المعادن التي تحتوي على الحديد، مثل الماجنتيت.
اليوم هو قلب الأرض السائل لا يزال هناك جنون تيربسيخوري من التيارات الكهربائية، التي تولد مجالًا مغناطيسيًا. ويمتد هذا إلى الغلاف الجوي وإلى ما هو أبعد من ذلك بكثير، وهو غير مرئي لحواسنا الطبيعية. ولكن بانتشارها من مصدرها في النواة المنصهرة إلى السماء أعلاه، فإنها تتخلل أولاً قشرة الأرض. وهنا يترك بصمة ملموسة، دليل على وجود قوة أقوى من الجاذبية تعمل داخل الأرض ويمتد تأثيرها إلى مسافة بعيدة جدًا.
بالعودة إلى عصر ما قبل الكمبري المبكر، قبل أربعة مليارات سنة، عندما برد السطح، تراكمت العناصر الذرية في الطبقات. وأكثر هذه العناصر استقرارًا هو الحديد، وهو اليوم أحد العناصر الأكثر وفرة في القشرة الأرضية. صخور نارية تكونت من الحمم البركانية. تتميز هذه الصخور بخاصية أنه في وجود مجال مغناطيسي، فإن ذرات الحديد الخاصة بها تعمل مثل الجنود في العرض، حيث تصبح هي نفسها مغناطيسية. يتم استغلال هذا في العروض التوضيحية الشائعة حيث يمكن جعل المجال المغناطيسي للقضيب المغناطيسي مرئيًا.
يتم أولاً نثر قطع صغيرة من الحديد على سطح الطاولة ثم يتم وضع مغناطيس بينها بعناية. يحفز مجالها المغناطيسي المغناطيسية في برادة الحديد، ويحولها إلى آلاف المغناطيسات المصغرة. كل واحدة من هذه العناصر توجه نفسها في المجال المغناطيسي، وتكشف كيف يتغير اتجاه القوة المغناطيسية من مكان إلى آخر.
متعلق ب: لماذا يمتلك المغناطيس قطبين شمالي وجنوبي؟
والقضيب المغناطيسي هو نموذج بسيط يوضح ما يحدث للأرض المغناطيسية نفسها. القطبين المغناطيسيين الشمالي والجنوبي للأرض تشبه تلك الموجودة في القضيب المغناطيسي، وهو المجال المغناطيسي لكوكبنا الذي يمتد بعيدًا إلى الفضاء. لا توجد برادة حديد في الفضاء، ولكن توجد كميات كبيرة من خامات الحديد في التلال والمنحدرات والجبال على الأرض. في بعض الأماكن، عن طريق الصدفة، تكون هذه التجمعات المغناطيسية واسعة جدًا، كما هو الحال في جزيرة إلبا وجبل إيدا في آسيا الصغرى، حيث تحتفظ النتوءات الكبيرة بالبصمة المغناطيسية في الصخور المعروفة تاريخيًا باسم حجر المغناطيس، والتي تسمى الآن الماجنتيت.
هناك أساطير تقول أنه منذ آلاف السنين في اليونان القديمة، عثر راعي أغنام يرتدي حذاءًا جلديًا مثبتًا في مكانه بمسامير حديدية، حرفيًا، على أكسيد الحديد الأسود عندما استحوذت المغناطيسية القوية على المسامير في حذائه. سواء اكتشف راعٍ يُدعى ماغنيس الصخرة التي تحمل نفس الاسم أم لا، وإذا كان الأمر كذلك سواء كان ذلك في مغنيسيا، شمال أثينا، أو على جبل إيدا في آسيا الصغرى، أو حتى جبل إيدا آخر في جزيرة كريت، فمن المحتمل جدًا أن مثل هذه التجارب، إذا أقل دراماتيكية مما كانت عليه في القصة، كان من الممكن أن يحدث في مناسبات مختلفة.
من المؤكد أن قوة المغناطيسية كانت واضحة منذ العصر الحديدي. البرق هو وميض من التيار الكهربائي الذي يولد مجالات مغناطيسية شديدة ومغنطة الصخور الحديدية. ومن شأن الصهر لاسترجاع معدن الحديد النقي من هذه المصادر أن يكشف عن جاذبيتها المغناطيسية. لذا، فمن المحتمل أن هذه الظاهرة كانت معروفة منذ حوالي 3000 عام. مثل اكتشاف النار، ربما نشأت المغناطيسية في عدة أماكن بشكل مستقل، وكلها مستوحاة من المغنطة الطبيعية للحديد في الصخور.
لأن الصخور المغناطيسية موجودة في كل مكان. وبحلول القرن السادس عشر، سجل المسافرون أفضل الأمثلة، من شرق الهند والساحل الصيني: “ضخم جدًا وثقيل، [the stone] سوف يسحب أو يرفع الوزن العادل لنفسه من الحديد أو الفولاذ” [Robert Norman, The Newe Attractive, 1581]. مع انتشار المعرفة بهذه الظاهرة من الأساطير اليونانية إلى اللاتينية، ثم إلى الإنجليزية، تحولت الأسماء إلى “صخرة ماغنيس” أو “مغناطيس”.
© [Oxford University Press]
مقتطف من CHARGE: لماذا تحكم الجاذبية؟ بقلم فرانك كلوز، نشرته مطبعة جامعة أكسفورد، متوفر في تنسيقات الغلاف والكتب الإلكترونية
“مدمن ثقافة البوب. عشاق التلفزيون. نينجا الكحول. إجمالي مهووس البيرة. خبير تويتر محترف.”
More Stories
ربما تكون الضربة الكبيرة التي صنعت القمر قد خلقت أيضًا قارات تتحرك
توقف صاروخ SpaceX عن العمل بعد اشتعال المحركات يوم الجمعة في كيب كانافيرال
تلسكوب ويب يحدد بدقة اصطدام الكويكب في نظام الكواكب القريبة