Magnety a speciální relativita

Jen pár prvků může být permanentním magnetem. Železo může, ale měď nemůže. Ale když jakýmkoliv kovem pustíte elektrický proud, stane se magnetem. Elektromagnetem. Ale jak je to možné? Kupodivu je to důsledek speciální relativity. Speciální relativita říká, že v našem vesmíru délka a čas nejsou pevně dané. Dva pozorovatelé ve vzájemném relativním pohybu je vnímají jinak.

Je to relativita. Pokud například budete dost přesně měřit, zjistíte že pozorovatelům v relativním pohybu čas plyne pomaleji. Dereku, kdy ses naposledy holil? Před 6 hodinami. Vlastně to bylo před 5 hodinami, 59 minutami a 59,9999999 sekundami. Pohybující se objekty jsou navíc smršťovány ve směru pohybu. - Vypadáš hubený.

- Jen z tvého pohledu. Když se objekt vzhledem k vám relativně pohybuje, zabírá méně místa, než kdyby stál. A i když je efekt mnohem menší, než tu předvádíme, zmenšení velikosti je to, co umožňuje fungování elektromagnetů. Představte si měděný drát. Jsou v něm kladné kovové ionty plovoucí v moři volných záporných elektronů. Protože počet protonů je stejný jako elektronů, tak je celý drát neutrální.

Pokud bude blízko pozitivně nabitá kočka, tak na ni drát nebude nijak působit. A i když bude drátem protékat proud, tak elektrony potečou jedním směrem, ale hustota kladných a záporných nábojů bude stále stejná, takže drát bude neutrální a nebude na kočku působit. Ale co když se kočka začne pohybovat? Pro jednoduchost si představte, že se kočka pohybuje stejným směrem a rychlostí jako elektrony.

Z mého pohledu je drát stále neutrální a neměl by na kočku nijak působit. Ale podívejte se na tuto situaci z jejího pohledu. Z pohledu kočky se pozitivní náboje v drátu pohybují. Takže podle speciální relativity budou jejich rozestupy lehce menší. A z tohoto pohledu se elektrony nepohybují, takže rozestupy budou větší. Předměty zabírají větší prostor když se nepohybují. Tyto dvě změny způsobí, že v drátu bude větší hustota pozitivních nábojů. Není tudíž už neutrální, ale kladně nabitý.

Což znamená, že kladně nabitá kočka bude pociťovat odpuzující sílu. Ale z mého pohledu se to zdá jako záhada. Na stojící kočku nepůsobí žádná síla, ale pohybující se kočka je nějak odpuzována od tohoto neutrálního drátu. Jak tu sílu nazvete? Řekneme, že je to magnetická síla. A to hlavně proto, že drát pod proudem vychyluje blízké magnety. Experiment tedy ukazuje, že magnetické pole je jen elektrické pole viděné z jiného úhlu pohledu.

Z pohledu kočky je odpuzována elektrickým polem, které je vytvořeno nadbytkem kladných nábojů díky zkrácení rozestupů. Z mého pohledu je kočka odpuzována od neutrálního drátu díky magnetickému poli vytvořenému protékajícím proudem. Jestli je to elektrické nebo magnetické pole záleží na vašem úhlu pohledu, ale výsledek je stejný. Takže elektromagnet je ukázkou speciální relativity v každodenním životě.

Může se to zdát šílené, když elektrony putují drátem rychlostí 0.0000000001 % rychlosti světla. Tak jak na tom může speciální relativita něco změnit? Má se to tak, že v drátu je tolik elektronů a elektrická interakce je tak ohromně silná, že i maličká změna ve velikosti může změnit rovnováhu nábojů a vytvořit dostatečně velkou sílu. Speciální relativita vysvětluje elektromagnety.

Ale co permanentní magnety? Kusem skály přece nemůže protékat elektrický proud, ne? Klikněte se zde na MinutePhysics, kde se dozvíte o typech magnetů, složení a kouzlu permanentních magnetů. Překlad: Mithril www.videacesky.cz