میدان مغناطیسی یا میدان موهومی الکتریکی، توهم
منشوری آهن یا کبالت
مهندسی مواد در صنایع پیشرفته
هوافضا
ابتدا باید بدانیم که اعداد موهومی چه هستند. برای اولین‌بار
ریاضی‌دانان با اعداد منفی زیر رادیکال دو یا رادیکال با فرجه یا شاخص
زوج مواجه شدند. ولی چون اعداد منفی ریشه دوم یا ریشه زوج ندارند، آنها
را با ترس و بلااستفاده رها کردند. چرا که رادیکال عکس عملگر توان را
انجام می‌دهد و هیچ عددی اعم از منفی و مثبت را نمی‌توان به توان عددی
زوج رساند و به یک عدد منفی دست‌یافت. به این دلیل آنها را اعداد
موهومی یا غیرقابل‌دسترس و درک نام‌گذاری کردند و تنها کار ممکن و
عملی، تجزیه آن به حاصل‌ضرب رادیکال منفی یک و یک عدد حقیقی دیگری
بیرون رادیکال بود.
I
نماد رادیکال منفی یک است. ولی ریاضی‌دانان با نبوغ، دست روی
دست نگذاشته و دست به ابتکار بسیار جالب و نوآورانه‌ای زدند. چرا که
اعداد موهومی باعث سردرگمی افراد زیادی می‌شود و سعی کردند هم خودشان و
هم دیگران را از سردرگمی خلاص کنند. ما باید بدانیم که موضوع یک مسئله
انتزاعی در ریاضیات نیست. بلکه واقعیتی است که نه‌تنها باید آن را
شناخت، بلکه می‌بایست آن را تجزیه‌وتحلیل کرد. چرا که موضوع در حیطه
مباحث پیشرفته ریاضی قرار دارد. شاید امروزه اعداد منفی برای ما چیزی
عادی شده باشند، ولی در ابتدا خیلی‌ها با خود اعداد منفی هم مشکل
داشتند تا اینکه دکارت دستگاه مختصاتی خود را ارائه نمود و مفهوم جبری
و جهت اعداد را به‌صورت هندسی نشان داد. درست است که دکارت اعداد منفی
را ابداع ننموده است، ولی ما درک اعداد منفی را مدیون دستگاه مختصات و
هندسه دکارتی هستیم. بعدها ریاضی‌دانان با قوانین هندسه اقلیدسی (مثلث
قائم‌الزاویه) و یک دستگاه مختصات، شبیه مختصات دکارتی، اصل قضیه را در
مبحث هندسه و آنالیز بردارها حل‌وفصل کردند. آنها چنین پنداشتند؛ چون
اعداد مثبت و منفی روی دستگاه مختصات ۱۸۰ درجه با یکدیگر زاویه دارند و
در دو جهت مخالف یکدیگر حرکت می‌کنند، پس می‌توان چنین استنباط کرد که
اعداد موهومی ۹۰ و منفی ۹۰ درجه با اعداد مثبت و منفی زاویه دارند.
یعنی اعداد موهومی مفهومی جبری و برداری دارند و یکه آن همان
I
است. به طور مثال با ضرب منفی یک در یک عدد حقیقی، علامت آن تغییر کرده
و جهت آن در دستگاه مختصات، ۱۸۰ درجه می‌چرخد. در نتیجه ضرب عدد
رادیکال منفی یک در یک عدد حقیقی، باعث نیم تغییر در علامتش و چرخش آن
به مقدار ۹۰ درجه روی محور مختصات می‌شود. یعنی با ضرب
I
و منفی I
اعداد جبری یا برداری روی محور مختصات، به‌صورت پادساعت‌گرد و ساعت‌گرد
و به میزان ۹۰ درجه چرخش می‌کنند.
به بیان ساده بعدازاین با مفهوم و مقدار
I
کاری نخواهیم داشت. بلکه از آن به‌عنوان یک عملگر یا ابزار ریاضی برای
چرخش ۹۰ درجه‌ای استفاده خواهیم کرد و این برای کاربرد فیزیکی ایدئال
است. چون همان‌طور که می‌دانیم میدان الکتریکی با میدان مغناطیسی ۹۰
درجه زاویه دارد. در واقع ریاضی‌دانان با ابداع و نبوغ خود سعی دارند
مفاهیم ریاضی را برای ما ساده کنند نه اینکه آنها را پیچیده و غامض
کنند. کار با اعداد موهومی و دستگاه مختصات آن بسیار راحت‌تر است. ولی
اینک این سؤال مطرح می‌شود که برای چرخش کمتر یا بیشتر از ۹۰ درجه چه
باید کرد؟ جواب ساده است ریاضی‌دانان اعداد مختلط را ارائه کرده‌اند.
عبارت فوق یک عدد مختلط است .a
قسمت حقیقی و
b
ضریب قسمت موهومی است.
a
مقدار جبری روی محور افقی است و
b
مقدار عددی روی محور عمودی است.
واضح‌تر بگوییم این اعداد موهومی هستند که به ما ثابت می‌کنند
یا توجیه می‌کنند که چرا محورهای مختصاتی
x
و y
می‌بایست و باید 90 درجه
اختلاف زاویه داشته باشند و محور
y
و اعداد جبری روی آن، همواره این عدد یا مقدار موهومی یا نماد یا یکه
ریاضی را به همراه داشته و یدک خواهند کشید. به‌این‌ترتیب می‌توان هر
نقطه در روی دستگاه مختصاتی را مشخص کرد و همچنین فاصله آن نقطه با
مرکز مختصات و زاویه آن با محور افقی یا عمودی. به طور مثال:
در گذشته ماهیت اشعه ایکس ناشناخته بود و نام آن را تابش مجهول
گذاشته بودند. ولی ما می‌دانیم که موج الکترومغناطیسی است. ولی همان
نام اولیه خود را به یدک می‌کشد. اعداد موهومی نیز در ابتدا موهومی
بودند؛ ولی امروزه شناخته شده هستند.
اما یک نتیجه مهم، برابری زیر است که می‌توان آن را به یک مثلث
قائم‌الزاویه و متوازی‌الساقین تعمیم داد.
یعنی فرض می‌کنیم که امتداد محور افقی از مرکز به سمت راست و
در جهت مثبت جبری (x+)
، همان جهت میدان الکتریکی مثبت است و برعکس آن امتداد محور افقی از
مرکز به سمت چپ و در جهت منفی جبری (x-)
، همان جهت میدان الکتریکی منفی است. چون دانسته‌ایم که میدان مغناطیسی
عمود بر میدان الکتریکی است و برعکس، امتداد محور عمودی از مرکز به سمت
بالا و در جهت مثبت جبری (y+)
، همان قطب مغناطیسی
N
است و امتداد محور عمودی از مرکز به سمت پایین و در جهت منفی جبری (y-)
، همان قطب مغناطیسی
S
است. یعنی میدان مغناطیسی، میدانی موهومی خواهد بود که از کنش یا
برهم‌کنش میدان الکتریکی با میدان واحدی است که قبلاً توضیح داده‌ایم
که این میدان واحد، یعنی همان وتر مثلث قائم‌الزاویه با هر دوی آن
میدان‌ها ۴۵ درجه زاویه خواهد داشت. اعداد مختلط همواره یک مثلث
قائم‌الزاویه را نشان می‌دهند و رادیکال یک عدد مختلط همان وتر است و
یک‌قدم فراتر، یک عدد مختلط معادله یک میدان نرده‌ای یا برداری است.
اینها معادلات اولیه میدان نرده‌ای همان میدان واحدی هستند که
مدنظر ماست و اینک این سؤال مطرح می‌شود که معادلات میادین متغیر چه
می‌شود. آیا میدان واحد نیز متغیر خواهد بود؟
فعلاً چنین می‌توان استنباط کرد که میدان واحد یک میدان ثابت و
واسطی مابین این دو میدان متغیر است و انرژی آنها را در حالت متناوب به
یکدیگر منتقل یا تبدیل میکند.
در حقیقت کار با مختصات موهومی بسیار راحت است با ضرب
I
در معادله یک منحنی ، تغییر زاویه ۹۰ درجه‌ای روی صفحه انجام می‌شود.
و این سؤال مهم که معادله میدان نرده‌ای الکتریکی یا معادله
میدان برداری مغناطیسی چیست؟
یعنی
θ
معادله میدان الکتریکی و
I*θ
معادله میدان مغناطیسی است. به همین راحتی. اینک اگر بخواهیم نوسان یا
تناوب میدانی را روی معادله میدان واحد نشان دهیم:
و قرینه آن:
یعنی با ضرب ساده معادله موج با مشتق اول معادله میدان واحد
نسبت به
θ
(شیب میدان)، به معادله نهایی موج الکترومغناطیس دست می‌یابیم. در واقع
اگر این معادلات در ظاهر ساده و ابتدایی را بسط و توسعه دهیم،
می‌توانیم میادین الکتریکی و مغناطیسی و کنش یا برهم‌کنش آنها با میدان
واحد، ماده و پادماده و انرژی منفی و مثبت، پدیده تونل زنی کوانتومی،
انرژی نقطه صفر یا
خلأ
و ... در کل ساختار اتمی و تمامی پدیده‌های کوانتومی حتی میدان
گرانشی را خیلی راحت و ساده، اولاً اثبات ریاضی و ثانیاً توجیه علمی یا
فیزیکی کنیم.
و این موضوع مهم که
cos
در معادلات فوق ، می‌تواند ۴۵ درجه اختلاف فاز نیز ایجاد کند که در
صنایع برق و الکترونیک به‌کرات مشاهده می‌شود که شدت جریان با ولتاژ
الکتریکی، به همین میزان اختلاف فاز دارند. پدیده‌ای که به آن خود
القایی یا اندوکتانس گفته می‌شود که بیانگر وجود کنشی مابین میدان
الکتریکی با میدانی واحد است که برآیند یا نتیجه آن، میدان مغناطیسی
است و برعکس. یعنی میادین دوطرفه و زاویه‌دار به یک‌جهت واحد. به طور
مثال تابش موجی بتا یا همان اشعه کاتدی با ماهیت الکترون‌های شتاب‌دار
به این صورت می‌شود:
یعنی این نوع تابش یک تک‌قطبی مغناطیسی یا الکتریکی است و
طبیعی است که در میدان الکتریکی منحرف شده و یا در میدان مغناطیسی
(الکتریکی دوار) تاب بخورد. نیم منحنی آبی انرژی تابش در میدان
الکتریکی و قسمت خط‌چین انرژی آن درون میدان واحد را نشان می‌دهد که
به‌صورت متناوب در همکنش هستند که با صرف زمان و حوصله می‌توان تمامی
معادلات آنها را پیدا و نمودار هندسی آنها را نیز ترسیم نمود و یک‌قدم
فراتر، آیا اصلاً میدان مغناطیسی وجود دارد یا اینکه میدان مغناطیسی
همان میدان الکتریکی است که زاویه گرفته و جهت برداری آن تغییر پیدا
کرده است و ممکن است هر دو، ماهیت واحدی داشته باشند و این ذهن و باور
ما به نادرست آنها را متمایز و مختلف درک کرده است. یعنی یک میدان با
یک ماهیت، دو صورت مختلف در ذهن ما ایجاد کرده است که باید بگوییم جواب
مثبت است. منشأ و مبدأ این خطا در باور ما، مربوط می‌شود به فلزاتی
همچون آهن یا کبالت. همچنین بعضی از اکسیدهایشان که به فرومغناطیس
معروف هستند.
همان‌طور که می‌دانیم یک منشور اولاً سرعت حرکت یک پرتو نور
سفید را کم و ثانیاً باعث تجزیه و انحراف آن می‌شود. تحقیقات ما بر روی
سلاح ریل گان (توپ الکترومغناطیسی) نشان داد که کریستال‌های فلزی یا
اکسیدی آهن و کبالت نیز به طور مشابهی عمل می‌کنند. اولاً باعث
تغییراتی بر روی میدان الکتریکی می‌شوند و ثانیاً باعث انحراف ۹۰
درجه‌ای در آن می‌شوند و در ذهن ما این توهم و باور را ایجاد می‌کنند
که میدانی به نام و ماهیت مغناطیسی وجود دارد و برعکس. به طور مثال
جریان شدید باد نمی‌تواند یک کوه یا یک‌رشته کوه را جابه‌جا کند. در
نتیجه مجبور است خودش تغییر مسیر دهد. ولی در مورد یک قایق و کشتی
بادبانی این‌چنین نیست. قایق و کشتی مجبور به حرکت و سرعت گرفتن در روی
آب هستند. یک هسته سنگین ترانسفورماتور می‌تواند مسیر میدان الکتریکی
را تغییر دهد:
ولی براده‌های کوچک آهن و کبالت، خودشان وادار و مجبور به چرخش
پیرامون یک میدان الکتریکی می‌شوند و چنین می‌پنداریم که حول یک سیم و
کابل جریان الکتریسیته، میدان مغناطیسی شکل‌گرفته است یا اینکه وجود
دارد.
در حقیقت آرایش اوربیتالی در هسته آهن و کبالت چنان است که یک
میدان دائمی الکتریکی دوار در آن شکل می‌گیرد و توهم مغناطیس را در ذهن
ما ایجاد میکند و این میدان می‌تواند میادین الکتریکی خارجی را منحرف
کند یا به‌شدت میدان الکتریکی درونی آن بیفزاید و ... به باور ما هم
میدان الکتریکی و هم مغناطیسی دوروی یک سکه هستند. اختلاف آنها در
زاویه و امتداد بردار نیرو و ... است. آهن و کبالت رفتاری همچون آینه و
منشور دارند و باعث انعکاس و انحراف میادین می‌شوند. باتوجه‌به اینکه
تمامی عناصر کیهان تمایل دارند به‌طرف آهن شدن حرکت کنند، این احتمال
نیز وجود دارد که شدت و قدرت میدان واحد در آن تشدید و یا تقویت
می‌شود. ازاین‌رو خود را با این خواص منحصربه‌فرد در میان سایر عناصر
نشان می‌دهد. آهن و کبالت عجیب‌ترین و شگفت‌انگیزترین فلزات در دنیا
هستند که بسیاری از خواص آنها فعلاً ناشناخته و مرموز باقی‌مانده است
هم در علوم دینی و هم در علوم متالورژی.
با فرض اینکه الکترون ذره موج گون است، اینک اوربیتال یک اتم
را شبیه‌سازی می‌کنیم. دراین‌رابطه می‌بایست دو معادله موج سینوسی و یک
کمان یا دایره را ترکیب و در هم ضرب کنیم:
که با کمی تغییرات و جابه‌جایی شبیه اوربیتال 2p
و ... می‌شود.
مهندسی مواد در صنایع پیشرفته
هوافضا:
اینک این سؤال مطرح می‌شود که آهن و کبالت می‌توانند میدان
الکتریکی را ۹۰ درجه منحرف کنند یا اینکه خودشان منحرف شوند، آیا
می‌توان مواد فرومغناطیسی تولید کرد که کمتر و بیشتر از این میزان
انحراف ایجاد کرده و یا خودشان منحرف شوند و اصلاً به چه دردی
می‌خورند؟
جواب مثبت است؛ چون ذرات زیر اتمی
با اسپین غیرصحیح مشاهده شده‌اند و اگر این‌گونه متریال‌ها مهندسی و
تولید شوند، نیروی پیشران الکترومغناطیسی هم فراهم می‌شود. یعنی این
متریال‌ها درون میدان یا فضا دچار رانش یا انحراف شدیدی می‌شوند و
می‌توان به هر سوی کیهان حرکت کرد.
محمدرضا طباطبایی ۲/۱۱/۱۴۰۰
https://www.ki2100.com
