Nach der Teilchenphysik hat jede Grundkraft ihr Kraftträgerteilchen. Ein Photon ist ein Kraftträgerteilchen der elektromagnetischen Kraft, aber wie wird Kraft übertragen, wenn Eisen quantenmechanisch in die Nähe eines Magneten gebracht wird?
Warum übt ein Magnet eine Kraft aus, wenn er in die Nähe von Eisen gebracht wird, aber keine Kraft auf eine andere Substanz?
Warum ziehen sich Magnete aus Sicht der Quanten- und Teilchenphysik an und stoßen sich ab?
Und warum werden sie aus quantenphysikalischer Sicht von Eisenobjekten angezogen?
Kurz gesagt, die Art von Magnetismus ( Ferromagnetismus ), von der Sie sprechen, wird durch die makroskopische Ausrichtung der magnetischen Momente der Elektronen im Metall verursacht. Wenn sich ein Magnet einem anderen Magneten nähert, koppeln diese Dipole und ziehen sich an, wenn das andere Material nicht magnetisch ist, tritt keine solche Kopplung auf und es gibt keine Anziehung. Einige Materialien sind paramagnetisch, was bedeutet, dass ein nahes Magnetfeld in ihnen einen entgegengesetzten (und anziehenden) Dipol induzieren kann.
Dies ist nur ein weiterer Zweig der elektromagnetischen Wechselwirkung, der durch Photonen vermittelt wird.
Nach der Teilchenphysik hat jede Grundkraft ihr Kraftträgerteilchen. Photon ist ein Kraftträgerteilchen der elektromagnetischen Kraft, aber wie wird Kraft übertragen, wenn ein Eisen quantenmechanisch in die Nähe eines Magneten gebracht wird?
Den genauen Mechanismus beschreibt die sehr komplexe Quantum ElectroDynamics Theorie (kurz QED).
Jetzt habe ich nach einer relativ einfachen Erklärung oder einem Überblick darüber gesucht und nichts gefunden, was mir gefallen hat (oder das Gefühl hat, dass Sie damit zufrieden wären). Ich habe jedoch diesen sehr kurzen Abschnitt eines Interviews mit Richard Feynman (einem der wichtigsten Entwickler von QED) über diese Frage gefunden und warum es so schwierig ist, sie einem Nicht-Experten zu erklären . Es ist erwähnenswert, dass ich es nicht einmal versuchen würde, wenn dieser Typ es nicht einfach erklären kann - er wusste mehr darüber als ich jemals und war viel besser darin, es Nicht-Experten zu erklären. Die Kurzversion ist, dass es den Menschen schwer zu erklären ist, weil es kein alltägliches, gesundes Menschenverstandswissen gibt, das sie mit QED in Verbindung bringen könnten.
Dieses Video gibt Ihnen vielleicht einen Eindruck davon, was mit Magnetismus vor sich geht, und es ist das Beste, was ich finden konnte, das versucht, Dinge zu erklären, ohne jemanden in mehreren großen Bänden komplexer Mathematik zu begraben.
Warum fängt der Magnet an, Kraft auszuüben, wenn er in die Nähe von Eisen gebracht wird, aber übt keine Kraft auf eine andere Substanz aus?
Es gibt immer ein elektromagnetisches Feld, einige Substanzen interagieren einfach weniger damit als andere. Einige haben keine oder praktisch keine Wechselwirkung mit EM-Feldern, während andere dies tun.
Nur eine klassische Beschreibung des Magnetismus ist ziemlich kompliziert und Sie können hier auf Wikipedia beginnen .
Das Verhalten zB eines Kompasses in der Nähe von Eisen kann mit klassischen Theorien des Magnetismus beschrieben werden, ohne tief in die Quantentheorie einsteigen zu müssen.
Warum ziehen sich Magnete aus Sicht der Quanten- und Teilchenphysik an und stoßen sich ab?
Auch dies ist die sehr komplexe Theorie der QED, und es ist nicht praktikabel, sie in einer kurzen Antwort wie dieser zu erklären.
Und warum werden sie aus quantenphysikalischer Sicht von Eisenobjekten angezogen?
Auch hier ist es einfach so, dass das allgegenwärtige EM-Feld mit einigen Materialien eine stärkere Wechselwirkung hat als mit anderen.
Anuj Mischra
Anuj Mischra
Emilio Pisanty