Đơn Cực Từ (Phần 1)

Nghiên cứu hệ phương trình Mắc-xoen một cách nghiêm túc cho chúng ta một cái nhìn tổng quan về điện động lực học. Việc thừa nhận sự tồn tại của đơn cực từ dựa trên sự suy đoán về sự đối xứng của điện trường và từ trường của Đi-rắc, đã làm cho hệ phương trình Mắc-xoen trở nên đẹp hơn. Nhưng đơn cực từ có thực sự tồn tại hay không vẫn là một bí ẩn.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Đơn Cực Từ (Phần 1) Đơn Cực Từ (Phần 1)Nghiên cứu hệ phương trình Mắc-xoen một cách nghiêmtúc cho chúng ta một cái nhìn tổng quan về điện động lựchọc. Việc thừa nhận sự tồn tại của đơn cực từ dựa trên sựsuy đoán về sự đối xứng của điện trường và từ trường củaĐi-rắc, đã làm cho hệ phương trình Mắc-xoen trở nên đẹphơn. Nhưng đơn cực từ có thực sự tồn tại hay không vẫn làmột bí ẩn.Giới thiệuAi cũng biết các nam châm bao giờ cũng có hai cực, nóirộng hơn là số cực của một nam châm bao giờ cũng là mộtsố chẵn, có những nam châm có bốn cực, sáu cực,…,nhưng không có nam châm nào có một cực, ba cực, nămcực,… Đây là vấn đề người ta đã nhận thấy từ lâu nhưngcho đến nay vẫn chưa có lời giải thích thỏa đáng.Trước kia, chưa hiểu rõ nguồn gốc của các hiện tượng điệnvà từ, người ta coi rằng trong tự nhiên có chất lỏng điện,chất lỏng từ. Điều ấy không có gì lạ, vào thời ấy các hiệntượng chưa biết rõ hầu như được gắn với một giả thiết là cómột chất lỏng tương ứng, chẳng hạn giả thiết về chất lỏngnhiệt để giải thích các hiện tượng nhiệt.Nhưng cho đến đến cuối thế kỉ XIX, khi Tôm-xơn tìm raelectron và đến đầu thế kỉ XX, khi Ru-dơ-fo tìm ra protonthì người ta đi đến kết luận rằng trong tự nhiên không cóchất lỏng điện mà có điện tích, và hơn thế nữa người ta cònkhẳng định là trong tự nhiên có hai loại điện tích và đượcgọi là điện tích dương, điện tích âm. Các hiện tượng điệncó liên hệ chặt chẽ với điện tích. Nói tóm lại thực nghiệmđã chứng minh rằng điện tích là cái có thực, tồn tại trong tựnhiên.Joshep John Thomson (1856-1940)Ernest Rutherford (1871-1937)Trong quá khứ xa xưa, điện và từ là hai lĩnh vực độc lậpvới nhau. Nhưng sau thí nghiệm Ơ-xtét, người ta thấy rằngđiện và từ là hai lĩnh vực có liên quan chặt chẽ với nhau.Hans Christian Oersted (1777-1851)Vì vậy người ta thường hay so sánh, đối chiếu các các hiệntượng trong hai vĩnh vực với nhau. Về điện thì có hai loaiđiện tích, có những vật chỉ mang điện tích dương, có nhữngvật chỉ mang điện tích âm. Tuy nhiên, cũng có những vậtmang cả hai loại điện tích tách biệt nhau, điện tích dương ởmột đầu, điện tích âm ở một đầu. Ta gọi những vật đó làcác lưỡng cực điện. Nếu vậy ta có thể coi những vật chỉmang một loại điện tích là các đơn cực điện.So sánh với lưỡng cực điện, ta có thể coi những nam châmcó hai cực là những lưỡng cực từ, hai cực của nam châmchứa hai từ tích khác nhau, tương tự như hai điện tíchdương và âm của lưỡng cực điện. Nhưng khác với điệntích, trong thực tế không thấy nam châm nào chỉ có mộtcực, nghĩa là trong thực tế ta không quan sát thấy đơn cựctừ.Do đó vấn đề được đặt ra về từ là trong tự nhiên có tồn tạinhững thực thể tương tự như điện tích trong điện haykhông? Nói cách khác trong tự nhiên có từ tích không? Vànếu có thì tại sao chỉ quan sát thấy các lưỡng cực từ, khôngquan sát thấy đơn cực từĐiện tích (a) đứng yên sinh ra điện trường, chuyển độngsinh ra từ trường.Từ tích (b) đứng yên sinh ra từ trường, chuyển động sinh rađiện trườngMặt khác, lí thuyết và thực nghiệm đều chứng tỏ rằng cácđường sức điện thì không khép kín, chúng xuất phát từ cácđiện tích dương và tận cùng tại các điện tích âm. Còn cácđường sức từ thì khép kín; vì khép kín nên không thể nói gìvề các điểm xuất phát và các điểm tận cùng của các đườngsức từ. Điều đó có thể đoán nhận là trong tự nhiên khôngcó từ tích. Vì không có từ tích nên việc các đường sức từkhông có điểm xuất phát, không có điểm tận cùng là điềuhiển nhiên.Nhưng cũng có một dự đoán khác, xem ra không phải làkhông có lí. Đoán nhận đó là trong tự nhiên có từ tích; từtích cũng có hai loại là từ tích dương, từ tích âm. Tuy nhiêntừ tích khác điện tích ở chổ điện tích dương, điện tích âmcó thể tồn tại tách biệt nhau ở các hạt và các vật khác nhau;còn từ tích thì bao giờ từ tích dương và từ tích âm cũng gắnliền với nhau, vì chúng gắn liền với nhau nên hoặc là chúngtrung hoà lẫn nhau ở cùng một vật nào đó, trong trường hợpnày ta coi như vật không có từ tích; hoặc là chúng tồn tạitách biệt nhau nhưng định xứ trên cùng một vật, trường hợpnày ta có lưỡng cực từ (nam châm).Giữa thế kỉ XIX Mắc-xoen xây dựng thành công lí thuyếtvề trường điện từ. Sự ra đời lí thuyết trường điện từ củaMắc-xoen là một thắng lợi rực rỡ của vật lí.James Clerk Maxwell (1831-1879)Cũng nên chú ý rằng lí thuyết Mắc-xoen ra đời trước khiTômxơn tìm ra electron khá lâu. Tuy nhiên trong lí thuyếtnày cũng có mặt những đại lượng mà sau này được gọi làđiện tích. Nhưng trong lí thuyết không có mặt các đại lượngnào có thể đoán nhận là các từ tích. Điều đó có thể xem làmột bằng chứng nghiêng về điều đoán nhận rằng trong tựnhiên không có từ tích.Tuy nhiên không dễ gì bác bỏ đoán nhận thứ hai vừa nóitrên đây chỉ bằng những suy đoán đơn giản như vậy. Vấnđề là ở chỗ, trong vật lí có rất nhiều hiện tượng sánh đôi màngười ta vẫn gọi là đối xứng. Nhưng ở đây lại có hiệntượng bất thường. Điện trường do các điện tích gây ranhưn ...