Магнитное притяжение. XX век

Что мы понимаем под магнетизмом в наши дни? Прежде всего - это совокупность явлений, обусловленных магнитным воздействием, которое передается и осуществляется с помощью магнитного поля.

Честно говоря, я бы не стал утверждать категорически, что приведенная выше формулировка дает полную ясность человеку, ну скажем... чисто гуманитарного образования. Что такое-магнитное поле? И вообще, в чем заключается механизм взаимодействия? Помните: земля притягивает подброшенный камень, магнит притягивает железо, электрон-янтарь притягивает сор.?

Мы часто употребляем слова, не очень задумываясь над их внутренним смыслом. Возьмем хотя бы слово "взаимодействие". Два сотрудника заняты одним делом- они взаимодействуют. Два собеседника беседуют. И это - взаимодействие. На спортивной площадке две команды играют в волейбол: игроки одной команды, взаимодействуя друг с другом, не дают упасть мячу на землю.

Не значит ли это, что взаимодействие - совместное действие отдельных частей, объединенных этим взаимодействием в систему? А почему бы и нет? Прекратился разговор, вы разошлись, распалась система из двух собеседников. Закончилась игра в мяч - нет больше команд, нет игровой системы.

Всякое действие предполагает обмен силами. А что является переносчиком этих сил? В разговоре - слова. В игре - мяч. А в окружающей природе?

Пожалуй, самым первым видом взаимодействия, на которое обратил внимание человек, было взаимодействие тяготеющих масс - гравитация, или тяготение. Ведь это оно обеспечивает всем предметам на Земле их вес, а подброшенному камню - возвращение к поверхности. Оно же определяет движение спутников вокруг планет, планет - вокруг звезд, а потом и самих звезд и даже галактик...

Следующим по старшинству шло электромагнитное взаимодействие. Электромагнитные силы по своему действию оказались похожими на гравитационные. Они также проявляются на большие расстояния и ослабевают постепенно, обратно пропорционально квадрату расстояния между ними. Изучая их проявление, ученые создали стройную теорию электромагнитного поля, во многом похожую на классическую механику. И вопрос о том, что же является переносчиком сил, ученых сначала особенно не беспокоил.

Но в начале XX века возникла квантовая теория Макса Планка и теория фотоэффекта, предложенная Альбертом Эйнштейном. И они заставила физиков посмотреть на явления под иным углом зрения. Оказалось, что для электромагнитных сил переносчиками являются фотоны, световые частицы, или кванты.

Представьте себя с приятелем в паре. Условие вашего совместного существования-взаимодействия - постоянный обмен мячом. Как в баскетболе - задерживать его у себя нельзя, но и бросить на произвол судьбы вы не имеете права. Чем мяч легче и меньше, тем дальше вы можете отойти друг от друга, перебрасываясь им, тем больше у вас свободы. А если это не мяч, а чугунное ядро от старинной пушки?

А теперь разделим электромагнитное взаимодействие на два - электрическое и магнитное. При электрическом носителями сил являются элементарные маленькие заряды - электроны. А при магнитном взаимодействии?

Давайте подойдем к вопросу с другой стороны. Сегодня мы знаем, что все вещества в той или иной степени обладают магнитными свойствами. Одни меньше, другие больше. Магнитные поля существуют у многих космических тел и играют важную роль в фундаментальных астрофизических и космогонических явлениях. Магнитные моменты есть и у электронов, протонов и нейтронов, из которых построены атомы. Но как же они взаимодействуют, чем обмениваются?

Магнитные свойства многих веществ мы широко и с успехом применяем в электро- и радиотехнике, в автоматике и вычислительной технике, в телемеханике, в морской и космической навигации, в геофизических методах разведки полезных ископаемых, наконец, для контроля качества металлических изделий, но... Как же все-таки притягивает один постоянный магнит другой? Как взаимодействуют их магнитные поля?

В 1931 году замечательный английский физик Поль Адриен Морис Дирак опубликовал статью, в которой наряду с фундаментальным квантом электричества - электроном, обладающим единичным электрическим зарядом, ввел и фундаментальный квант магнетизма - частицу, обладающую единичным магнитным зарядом, магнитный полюс. Он тут же получил название монополя Дирака, или просто монополя.

С электричеством все было в порядке. Электрон был открыт еще в 1897 году английским физиком Джозефом Джоном Томсоном. Развитие теории электрона способствовало созданию теории относительности. Из нее выросла физика XX века - квантовая теория взаимодействия.

А зачем нам магнитный монополь? Неужели только для того, чтобы наглядно понять магнитное взаимодействие? Конечно, нет! Мы бы сконструировали на них источники невиданных энергий, создали бы микрогенераторы и микродвигатели, построили бы ускорители в сто

раз более мощные, чем существующие сегодня, для разгона заряженных частиц. Мы бы осчастливили медиков и биологов, мы бы... Да что гам говорить! Разве мог кто-нибудь в 1897 году сказать, к чему приведет открытие крошечного электрона! Так и сегодня - трудно даже перечислить, что могло бы дать нам получение магнитного монополя!

Первый эксперимент был поставлен в том же году, когда вышла статья Дирака. Ученые пытались найти монополь опытным путем. Однако их постигла неудача. Следующая попытка была совершена в начале сороковых годов. Снова неудача! 1951 год - тот же нулевой результат при поиске монополей в потоках космических лучей. Затем исследовали метеориты. Опять ничего! Начиная с 1959 года - поиски на самых мощных ускорителях мира, в глубинах Тихого океана... Нет, нет и нет!

В 1975 году, во второй половине августа, почти все газеты и многие журналы мира опубликовали сообщение о том, что группа американских физиков под руководством Прайса нашла следы неизвестной частицы, которая, может быть, могла бы претендовать на роль магнитного монополя... Большинство ученых отнеслось к этому сообщению скептически. А поскольку результат эксперимента не повторился, то открытия магнитного монополя пока, увы, не состоялось.

Существует мнение, что монополи слишком тяжелы, чтобы их можно было бы открыть на современном ускорителе. Теоретики предполагают, что значение массы монополя может быть более трех тысяч масс протона. А на такие частицы нашим земным ускорителям еще долго не будет хватать энергии.

А может быть, никаких магнитных монополей в природе не существует? Но тогда непонятной становится причина, почему их нет. В чем заключается принцип запрета на их существование?

Вот вам и простой древний магнит! Он еще далеко не раскрыл своих тайн человеку. И кто знает, когда это произойдет...