Manyetizma Nedir? Manyetik Etkiler, Elektriksel Yüklere Mi Özgüdür?

Manyetizma, mıknatıslar, manyetik alan gibi terimler günümüzde fiziğe ilgili olsun olmasın herkes tarafından tanınmaktadır. Teknolojide, astronomide, mühendislikte ve daha birçok alanda adı geçen bu kavramlar genellikle elektrikle beraber Elektromanyetizma başlığı altında gruplandırılır. Bunun sebebi elektriksel ve manyetik etkilerin aslında kaynağının aynı olmasıdır. Onları ayıran şey ise, bakış açısıdır.

Özel Göreliliğe Duyulan İhtiyaç

Lise seviyesi derslerde bile görebileceğiniz bir formül olan elektromanyetik kuvvet formülü şu şekildedir:

$\vec{F}=q(\vec{E}+\vec{v}\times \vec{B})$

Burada bulunan hız ifadesi aslında bizim için bir ipucu olabilir, çünkü hız göreceli bir kavramdır. Öyleyse bu formülü kullanan iki farklı gözlemci hız ve dolayısıyla kuvvet için farklı büyüklükler bulabilir diyebilmemiz gerekir ki bu da ortada bir sorun olduğunu gösterir. Neyse ki durum bu değil, amaçlarından biri de bu formülün temelinin dayandığı Maxwell Denklemleri'nin gözlemciler arası geçerliliğini koruyabileceği bir dönüşüm formülasyonu ortaya koymak olan Özel Görelilik Teorisi burada günü kurtarıyor. Özel Görelilik Teorisinin bu konuda sunduğu başka bir şey ise, elektrik ve manyetik alanların aynı kavramın farklı referans sistemlerine göre yorumlanması olduğu gerçeğidir.^[1]Özel Görelilik Teorisi ile elektromanyetizmanın uyumunu basit bir düşünce deneyi ile de görebiliriz:

V hızı ile birbirlerine paralel şekilde hareket eden zıt yük miktarına sahip iki parçacık birbirlerine doğru elektromanyetik kuvvet ile çekilirler ve bir süre sonra çarpışırlar. Bu süreye t diyelim.

Burada da aynı olayın önceki gözlemciye göre V hızı ile sağa gitmekte olan bir gözlemci tarafından nasıl göründüğünü görüyoruz. Yüklerin bu gözlemciye göre bir hız değeri bulunmadığı için bu sefer yalnızca elektrik alan rol oynuyor ve önceki gözlemde elektriksel kuvvetlere ters düşen manyetik kuvvetler olmadığı için F₂ değeri F değerinden daha büyük oluyor. Daha büyük bir kuvvetle birbirlerine çekilen parçacıklar daha fazla ivmelenip daha çabuk çarpışıyor, bu sefer geçen süreye t₂ diyelim. Dolayısıyla t₂<t eşitsizliği ortaya çıkıyor. Ama nasıl olur da iki farklı gözlemci bir olayın yaşandığı zamanı farklı bulurlar? Burada Özel Görelilik Teorisi devreye giriyor. Hareketli düzeneği hareketsiz gören, dolayısıyla hareketli olan ikinci gözlemcinin zamanı genleşiyor (süre daha yavaş geçiyor) ve bu eşitsizlik destekleniyor.^[2]

Kütleçekimsel Manyetizma

En son bahsettiğimiz düşünce deneyinde geçen sürelerin farklı olmasına ve bu sayede Özel Görelilik Teorisi ile uyuşmaya sağlayan farklı değerlerdeki kuvvetler tabiki de elektriksel kuvvet olmak zorunda değil. Aynı tarzda bir çekim kuvvetini (ya da en azından ivmesini) bildiğimiz üzere kütleler de ortaya çıkarabilir. Deney düzeneğinde + ve - yükleri kaldırıp kütlelerinin ortaya çıkardığı etkiye odaklanırsak yine t₂ süresi içinde çarpışacak olan iki parçacık elde ederiz:

Aynı deneyi parçacıkları hareketli olarak gören bir gözlemci için incelersek:

Bu seferki çarpışma için gereken süreye de yine t dersek (t ve t₂, F ve F₂ önceki deneydekiler ile aynı değerde olmak zorunda değil) Özel Görelilik Teorisine göre yine t değeri t₂ değerinden fazla olmalı, fakat bu sefer kuvvetler sadece aynı kütlelerin kütleçekim kuvvetleri ve eğer durum buradaki gibi olsaydı Özel Görelilik Teorisi ile bir uyuşmazlık söz konusu olurdu. Fakat başlıkta da bahsedildiği üzere manyetik etkiler sadece elektriğe özel değil. Hareketli kütlelerin de kütleçekim kuvvetlerinin yanında kütleçekimsel manyetik kuvvetleri etki ediyor ve bir önceki deney ile aynı senaryo oluşuyor.

Elektromanyetizma ve Kütleçekimsel Manyetizma Arasındaki Benzerlikler

• Elektromanyetizmanın Maxwell Denklemleri gibi, kütleçekimsel manyetizmanın aynı formatta Genel Görelilik Teorisi kullanılarak türetilmiş bir dizi denklemi bulunmaktadır.^[3]

Wikipedia