Как любящие сердца

Что же такое магнетизм? Пока еще природа этого явления до конца не выяснена. Теорию магнетизма развивали многие ученые. Основы ее были заложены в двадцатых годах нашего века немецким ученым Вольфгангом Паули и в дальнейшем развиты советским физиком Я. И. Френкелем, а также немцем Вернером Гейзенбергом. Большой вклад в нее внесли советские ученые Л. Д. Ландау и Е. М. Лифшиц, опубликовавшие свои труды в 1935 году. Еще позднее над этим плодотворно работали С. В. Вонсовский, Н. С. Акулов, Е. И. Кондорский, К. П. Белов и другие.

В 1975 году советскому физику С. В. Вонсовскому была присуждена Государственная премия за две фундаментальные монографии: «Магнетизм» и «Магнетизм микрочастиц». В них с единых научных позиций освещены все основные направления этой области науки, современные физические представления о магнетизме твердых тел, атомных ядер, элементарных частиц.

Каковы же нынешние научные воззрения на природу магнетизма? Очень упрощенно их можно изложить так. На основе созданной Нильсом Бором теории строения атомов стал ясен физический смысл круговых молекулярных токов Ампера — это электроны, вращающиеся вокруг атомного ядра. Однако электроны в атоме вращаются не только вокруг ядра, но и вокруг своей оси (сравните с планетами, которые вращаются вокруг солнца и одновременно оборачиваются вокруг своей оси). Это вращение вокруг оси называется спином — от английского to spin — вращаться. Круговое движение электронов можно рассматривать как и круговой электрический ток, который создает свое магнитное поле. Следовательно, каждый электрон создает два магнитных поля — одно от вращения вокруг ядра, и одно от спина. Оказалось, что у одних веществ главную роль играют магнитные поля от вращения электронов вокруг ядра, а у других — спин электронов. Причем эти вторые вещества (их называют ферромагнетиками) обладают гораздо более сильными магнитными свойствами.

У одних веществ (железо, никель, кобальт и др.) магнитные поля, создаваемые движением электронов вокруг ядра и спином, могут складываться, образуя общее поле. Эти вещества притягиваются магнитом. У других веществ (медь, сурьма, висмут, алюминий и др.) магнитные поля, наоборот, погашают друг друга. Эти вещества магнитом не притягиваются.

Сейчас магнетизм считается побочным продуктом электричества: он возникает лишь как результат движения электрически заряженных частиц. Но еще несколько десятилетий тому назад знаменитый английский физик-теоретик Поль Дирак высказал предположение о том, что в природе может существовать элементарная частица магнетизма — монополь — точно так же, как существует элементарный носитель электричества — электрон. И все эти годы во всем мире физики ищут эту частицу. Найдут ли?

Вопрос этот имеет не только теоретический, но и практический интерес. По представлению физиков, монополь должен иметь огромный магнитный заряд и благодаря этому чрезвычайно быстро набирать энергию, разгоняясь в магнитном поле. А раз набирает энергию, значит, может и совершать работу. Причем работу «бесплатную»: ведь разгоняться он будет в магнитном поле Земли! Так что монополь представляется своего рода вечным двигателем. Некоторые зарубежные ученые уже создают проекты микродвигателей и микрогенераторов, действующих на основе монополя. Есть даже проект двигателя для океанских лайнеров. Для этого надо только «запрячь» несколько монополей, а уж они, влекомые магнитным полем Земли, потянут за собой по волнам огромный корабль. Осталось «немногое» — найти монополь.

Магнетизм — одно из важнейших свойств металлов, без которого была бы немыслима вся современная цивилизация (даже электрическая лампочка не загорелась бы, поскольку в электрических генераторах главную роль играет магнитное поле). Магнетизм нашел огромное практическое применение и найдет еще большее, когда его природа будет разгадана до конца.