.
.
*به نام خداوند بخشنده ی مهربان*
..
.
.
ISSN: 1557-1939 (print), 1557-1947 (online)
.
برای خرید پی دی اف مقاله بر روی عنوان مقاله کلیک کنید.
برای مطالعه ی مقاله بدون اجازه ی دانلود، بر روی این لینک کلیک کنید. (این لینک به توسط انتشارات در اختیار بنده قرار گرفته تا جهت اشتراک گذاری مورد استفاده قرار گیرد.)
.
.
عنوان مقاله: درباره ی منشأِ نیروی لورنتس: عبارتِ دومِ "$qv×B$" در فرمولبندیِ نیروی لورنتس ناشی از یک میدان الکتریکی "موضعی" است که به توسط معادلات ماکسول پیشگویی می شود
نام مجله: مجله ی اَبَررسانایی و مغناطیس نوین
نام انتشارات: Springer Nature, Springer (New York), Springer Science+Business Media
قدمت مجله: از سال ۱۹۸۸
موضوع: اَبَررسانایی و مغناطیس
کشور: آمریکا، آلمان، انگلستان
این مجله تقریباً در تمام منابع معتبر به رسمیت شناخته شده:
BFI List, Baidu, CLOCKSS, CNKI, CNPIEC, Chemical Abstracts Service (CAS), Current Contents/Physical, Chemical and Earth Sciences, Dimensions ,EBSCO Academic Search, EBSCO Applied Science & Technology Source, EBSCO Computers & Applied Sciences Complete, EBSCO Discovery Service, EBSCO Energy & Power Source, EBSCO Engineering Source, EBSCO MasterFILE, EBSCO OmniFile, EBSCO STM Source, EBSCO Science Full Text Select, EI Compendex, FIZ Karlsruhe, Google Scholar, INIS Atomindex, INSPEC, INSPIRE, Japanese Science and Technology Agency (JST), Journal Citation Reports/Science Edition, Naver, OCLC WorldCat Discovery Service, Portico, ProQuest-ExLibris Primo, ProQuest-ExLibris Summon, SCImago, SCOPUS, Science Citation Index, Science Citation Index Expanded (SCIE), TD Net Discovery Service, UGC-CARE List (India), WTI AG, Wanfang
آیا این مجله آی اس آی هست یا در یکی از فهرست های WoS قرار دارد؟ بله این مجله آی اس آی هست و در هر دو لیست اصلی SCI و SCIE مربوط به WoS نمایه گردیده است. ایمپَکت فَکتور این مجله در سال 2021 معادل 1.675 بوده. آیا این مجله در فهرست Scopus قرار دارد؟ بله، این مجله در Scimago/Scopus نمایه گردیده است. آیا این مجله در لیست سیاه وزارت علوم یا سایر دانشگاه های داخلی قرار دارد؟ خیر آیا این مجله در لیست سیاه Beall قرار دارد؟ خیر آیا این مجله Peer-Reviewed می باشد؟ بله.
.
خلاصه ی مقاله:
رویکردی نوین به منشأ عبارت دوم در نیروی لورنتس معرفی و بر اساس آن ادعا می شود که نیروی یاد شده ناشی از میدان الکتریکی موضعیی است که به توسط معادلات ماکسول پیشگویی می شود اگر که، به عنوان یک پیش فرض کمکی، هر ذره ی باردار بنیادین با اندازه ی فضایی محدود به شکل یک ماده با رسانایی ایده آل رفتار کند که در زمانی که در یک میدان مغناطیسی خارجی قرار می گیرد در حفظ میدان مغناطیسی ذاتی خود مقاوت کند یا همانند یک ماده ی اَبَررسانا رفتار کند که هر گونه میدان مغناطیسی داخلی را خنثی می کند.
به عبارت دقیق تر، وقتی که مثلاً یک ذره ی باردار از چپ به راست، داخل یک میدان مغناطیسی یکنواخت حرکت می کند به طوری که سرعت همواره بر خطوط میدان مغناطیسی عمود باشد، جابجایی بینهایت کوچکِ ذره در مسافتِ پیشِ رو، در طول سرعت و نزدیک به وجهِ سمت راستِ ذره باعث می شود که میدان مغناطیسی در همان ابعادِ فضایی که اکنون با ذره پُر شده ناپدید شود. برعکس، در فضای بینهایت کوچک در پُشت ذره و نزدیک به وجهِ سمت چپ، میدان مغناطیسی ظاهر می شود دقیقاً در زمانی که ذره، فضایی که قبلاً به توسط ذره پُر بود را ترک می کند.
این ناپدید شدن و پیدا شدن میدان مغناطیسی در به ترتیب سمت راست و چپ ذره ی متحرک، باعث ایجاد میدان الکتریکی موضعیی می شود که به دور خطوط میدان مغناطیسی می چرخد. نشان داده می شود که این مُدل برای ذرّات بنیادین می تواند کسر قابل توجهی از نیروی لورنتس را پیشگویی کند که قابل تأمُّل است. این نکته نیز قابل تأمل است که چرا چنین مکانیسمی برای حدود 130 سال نادیده انگاشته شده است.
===================================================================================
مختصری درباره ی انتشارات اسپرینگر نِیچر: انتشارات اسپرینگر اصالتاً در سال 1842 به توسط ژولیوس اسپرینگر در برلین تحت عنوان Springer-Verlag تأسیس شد. پسر ژولیوس تا سال 1872، انتشارات را از یک مجموعه ی کوچک با تنها چهار خدمه به دومین انتشارات بزرگ آلمانی با 65 خدمه گسترش داد. در سال 1964 اسپرینگر کسب و کار خود را با باز کردن دفتری در نیویورک گسترش داد که بعدها دفاتری در توکیو، پاریس، میلان، هنگ کنگ و دهلی نیز افتتاح شد. در سال 2004، با انتشاراتِ هلندی Kluwer Academic Publishers ادغام یافت تا انتشارات Springer Science+Business Media را پایه گذاری کند. در سال 2015، این ناشر نیز با انتشارات معروفِ Nature Publishing Group تحت نام Springer Nature ادغام شد. [منبع: ویکی پدیا]
===================================================================================
ماجرای چاپ مقاله:
از علم الکترومغناطیس، چیز زیادی نمی دانستم مگر همان اطلاعات محدود فیزیک سال سوم دبیرستان و مقداری فیزیک 2 (عمومی) دانشگاه. اما اولین درگیری ها با الکترومغناطیس، در حوالی سال 2015 بر سر تعمیم نظریه ی تجانس آغاز شد. این درگیری با اینکه حاوی نتایج جالبی بود که در مجله ی الکترودینامیک گالیله ای به چاپ رسید، اما از نظر محاسباتی، اغلب، در حد مقدماتی بود. من که بیشترِ وقت خود را معطوف نظریه ی نسبیت کرده بودم تا بلکه بتوانم پارادوکسی را در این نظریه نشان دهم، پس از شکست های متوالی و پیروزی های معدود در زمینه های مختلف مثل استاتیک، دینامیک و اُپتیک، تصمیم گرفتم که نسبیت را در چارچوب نظریه ی الکترومغناطیس بررسی کنم. اما تا حدود سال 2020 نسبت به این علم کم سواد بودم و عدم داشتن اطلاعات و دانش کافی نسبت به این علم، مانع از این می شد که این علم را به زبان نسبیتی بررسی کنم.
هر چند که دیدگاهِ کلّیِ مناسبی درباره ی الکترومغناطیس داشتم ولی کافی نبود. بخش الکترومغناطیس کتاب رابرت رزنیک را بیهوده ورق می زدم و به علت تنبلی و بی انگیزه بودن در مطالعه، صرفاً به معادلات آن نگاه می کردم ولی در بین انبوه معادلات، تبدیلات لورنتس درباره ی میدان های الکترومغناطیس، همیشه نظرم را بیشتر از سایر معادلات به خود جلب می کرد. در آن زمان، در حال نوشتن کتاب "مطلق گرایی در برابر نسبیت" بودم و شِبهِ پارادوکس های متفاوتی را در زمینه ی نسبیت برای گردآوری در این کتاب طراحی و حل کرده بودم. ناگهان تصمیم گرفتم که اولین شبه پارادوکس نسبیتی را در زمینه ی الکترومغناطیس طراحی کنم. کار را با یک مسئله ی نسبتاً ساده شروع کرده و از تبدیلات لورنتس برای میدان ها کمک گرفتم. خوشبختانه، این کار موفقیت آمیز بود و گویی به شکلی ناگهانی به درک قابل توجهی در علم الکترومغناطیس رسیدم البته بدون درگیری با ریاضیاتِ نسبتاً پیچیده تری چون استوکس و کِرل و دیورژانس. گویی نسبیت، برای من یک راه میانبُر را فراهم کرد تا بر علم الکترومغناطیس از بُعد دیگری مسلط شوم یعنی بررسی میدان ها و نیروهای الکترومغناطیس از دید ناظرین لَخت. کم کم با ورق زدن بخش الکترومغناطیسِ کتابِ رزنیک خیلی سریع بسیاری از مفاهیم را درک کرده و شبه پارادوکس های پیچیده تری را با آمیختنِ مسائل نسبتاً پیچیده ی نسبیت خاص، مثل چرخش توماس طراحی و حل کردم. اینکار نه تنها باعث شد به انسجام بین نسبیت و الکترومغناطیس بیشتر پی ببرم بلکه برخی مسائل الکترومغناطیس مثل پارادوکس فارادی را نیز خیلی بهتر متوجه می شدم.
در شبهِ پارادوکس هایی که طراحی و حل می کردم، نیروی لورنتس خود نمایی می کرد. این درگیری با نیروی لورنتس باعث شد تا کمی هم فارق از بحث های نسبیتی، به منشأ و نحوه ی عملکرد آن بیشتر بیاندیشم. حس می کردم نیروی لورنتس نوعی ناکوکی و ابهام دارد ولی نمی توانستم تشخیص دهم که این ناهماهنگی در کجاست. خیلی زود ایده ای در ذهنم شکل گرفت مبنی بر اینکه میدان الکتریکی بر بار الکتریکی نیرو وارد می کند و میدان مغناطسی بر بار یا دو قطبی مغناطیسی. ناگهان، نقصِ نیروی لورنتس را یافتم. این نیرو ادعا می کرد که بر بار الکتریکی متحرک در میدان مغناطیسی نیرو وارد می شود که خلاف ایده ای بود که قبلاً به آن رسیده بودم چون امکان نداشت که میدان مغناطیسی بر بار الکتریکی اثر گذارد چرا که این میدان تنها بر بارهای مغناطیسی اثر گذار بود. کمی بعد، دو جواب یا تعبیر مناسب در ذهنم ایجاد شد: 1- هر بار الکتریکی متحرک، نوعی بار یا دو قطبی مغناطیسی بر روی خود القا می کند که عملاً میدان مغناطیسی بر روی این ها عمل کرده و عامل نیروی لورنتس خواهد بود. 2- بر اثر حرکت بار الکتریکی در میدان مغناطیسی، نوعی میدان الکتریکی در فضا ایجا می شود که عملاً این میدانِ الکتریکی بر روی بار الکتریکی اثر گذارده و نیروی لورنتس را ایجاد می کند.
در ابتدا توجهم به حالت اول معطوف شد و تلاش کردم با فرض اینکه نوعی تک قطبی مغناطیسی بر روی بار الکتریکی متحرک در میدان مغناطیسی القا می شود، مسئله را حل کنم. ولی این ایده چندان جالب نبود چون حتی از قانون "دستِ راست" هم پیروی نمی کرد و در تضاد با نیروی لورنتس بود. یعنی اگر قرار بود یک تک قطبی مغناطیسی بر روی بار الکتریکی متحرک القا شود، بر این تک قطبی در راستا یا در خلاف راستای میدان مغناطیسی نیرو وارد می شد ولی نیروی لورنتس، جهتی را پیشگویی می کرد که عمود بر جهت میدان مغناطیسی و هم عمود بر جهت سرعت بار الکتریکی بود. یکی از دوستانم (نیما) که در مقطع کارشناسی ارشد فارغ التحصیل از دانشگاه امیرکبیر بود و تبحرِ آدمیکِ خوبی بر روی مسائل الکترومغناطیس داشت را در جریان اندیشه هایم قرار دادم. او با بخشی از افکارم موافق بود و حدس می زد که احتمالاً نوع خاصی از دو قطبی مغناطیسی، بر روی بار الکتریکی متحرک القا می شود که نیروی لورنتس را توجیه می کند ولی نمی توانست بگوید که این دو قطبی مغناطیسی به چه شکلی در فضا و در نزدیکی بار الکتریکی متحرک القا می شود. حس می کردم ایده ی دو قطبی مغناطیسی نازیباست و کم کم آن را فراموش کردم.
چند ماه بعد در حالی که داشتم ویرایش دوم کتاب "نظریه ی غلظت" را می نوشتم، به مبحثی رسیدم که در آن فرض کرده بودم به ذراتِ "اِتِر" در خلأ و در مجاورت میدان مغناطیسی نیرو وارد می شود. حس کردم این ایده هم چندان جالب نیست و بهتر است فرض کنم ذرات اتر در خلأ به شکل تک قطبی های مغناطیسی حلول می کنند و می بایست بخشی از محاسبات اصلاح می شد. اما همین درگیری غیرمترقبه، باعث شد دوباره روی نیروی لورنتس فکر کنم، ناگهان ایده ی دومی که سابقاً ذکر آن رفت، در ذهنم قوّت گرفت. آیا ممکن است بر اثر حرکت بار الکتریکی داخل میدان مغناطیسی، نوعی میدان الکتریکی در فضا بوجود آید که بر بار الکتریکی نیروی لورنتس را وارد کند؟ ولی این میدان نمی توانست در تمام فضا وجود داشته باشد چون خلاف نتایج آزمایشگاهی بود. مدتی بعد توجهم به گسستگی توزیع بار الکتریکی متحرک در فضا جلب شد و حس کردم باید ارتباطی بین این گسستگی و میدان الکتریکی مورد بحث باشد. ناگهان و به لطف خدا، جرقه ی اصلی به ذهنم خطور کرد: "ممکن است یک میدانِ الکتریکی موضعی که فقط در نزدیکی بار الکتریکی تولید می شود به بار الکتریکی مذکور، نیروی لورنتس را وارد کند." خیلی زود نظرم به لبه های جلویی و پشتی بار الکتریکی متحرک جلب شد: "هنگام حرکت بار، لبه های جلویی بار در حال قطع کردن یا "خوردن" میدان مغناطیسی و لبه های عقبی به نوعی در حال "استفراغِ" خطوط میدان مغناطیسی بودند" این چه معنایی داشت؟!
ایده ی کمکیِ دیگری به کمکم شتافت! از بحث های قدیمی که بین دوستانم (نیما و رامین) درباره ی اَبَررسانا ها در گرفته بود، متوجه شده بودم که میدان مغناطیسی داخل ابررسانا صفر است. پس فرض کردم که ریز ذراتی مثل الکترون و پروتون خاصیت ابررسانایی یا رساناییِ ایده آل از خود بُروز می دهند. بنابراین، اگر یک ذره ی باردار، داخل میدان مغناطیسی حرکت کند. قسمت جلویی ذره در حال غیب کردن یا از بین بردن خطوط میدان مغناطیسی و قسمت انتهایی آن در حال ظاهر کردن یا تولید میدان مغناطیسی ست. این از بین رفتن و تولید شدن، میدان الکتریکی القاییی ایجاد می کند که به صورت حلقه هایی بر گِرد خطوط میدان مغناطیسی می چرخند. اما در بَدوِ امر می بایست نشان می دادم که این میدان الکتریکی، در راستای نیروی لورنتس هست و مقدار این میدان در فواصل دور از ذره دارای مقدار صفر می باشد. نیما را در جریان گذاشتم ولی اشتیاقی نشان نداد و تمایل داشت تا این ایده را دستِ کم بگیرد، رامین (کارشناسی ارشد الکترونیک از دانشگاه شریف) نیز از این ایده استقبال نکرد. می بایست ادامه ی نظریه و محاسبات آن را به تنهایی انجام می دادم که به نتایج جالبی رسیدم.
نیما تمایل داشت با شوخی و خنده این ایده را کم اهمیت جلوه دهد چون معتقد بود که ابررسانایی یک خاصیت ماکروسکوپیک برای مواد است و تعمیم این ایده برای ساختار داخلی ذرات بنیادین، محلی از اعراب ندارد! در نهایت او را مجاب کردم که به حرفم گوش دهد. نیما ابتدا کلّیت ایده را با قانون دست راست و جهت نیروی لورنتس بررسی کرد و از درستی جهت نیرو شگفت زده شد. از من پرسید که ادامه ی محاسبات را چگونه انجام خواهم داد و من با اینکه نسبت به نیما از اطلاعات کمی در حیطه ی الکترومغناطیس برخوردار بودم، روند محاسبات را تشریح کردم: "انتگرالِ میدان الکتریکی بر روی مسیر بسته با انتگرالِ تغییراتِ میدانِ مغناطیسی نسبت به زمان بر روی سطح برابرست." نیما تأیید کرد و جزئیات بیشتری را برای او توضیح دادم. اما محاسبات دقیق، چالش های ریاضی قابل توجهی داشت که به لطف خدا توانستم آن ها را پشت سر بگذارم. نوشتن مقاله ی حاضر را آغاز و پس از دو هفته آن را برای مجلات مختلف ارسال کردم. (ادامه دارد ...)