Manyetizmanın Tarihi

Manyetizma, insanların eski çağlardan beri aşina olduğu bir olgudur. Adını ilk kez gözlendiği yer olan Manisa’nın eski adı Magnesia’dan alır. Önceleri farklı işaretli (artı ve eksi) noktasal elektrik yüklerinin olmasına benzer biçimde farklı işaretli noktasal manyetik yüklerin de olduğu düşünülmüştü. Ancak bugüne kadar gözlemlenebilmiş herhangi bir manyetik tekkutup yoktur. Örneğin bir mıknatısın kuzey ve güney olarak adlandırılan iki kutbu vardır. Ancak mıknatıs ikiye bölündüğü zaman oluşan parçaların birinin manyetik “yükü” kuzey, diğerininki “güney” olmaz. Parçaların her ikisinin de yine bir kuzey kutbu, bir güney kutbu vardır yani parçalar çiftkutupludur. 1819’da Oersted’in elektrik akımlarının çevredeki elektrik yükleri üzerinde manyetik kuvvet oluşturduğunu keşfetmesiyle elektrik ve manyetizmanın birbiri ile ilişkili olduğu anlaşıldı. Bir yıl sonra Ampere manyetizmanı kaynağı ile ilgili, kendi adı ile anılan hipotezi ileri sürdü: Manyetizmanın kaynağı elektrik yüklerinin hareketidir. Manyetik tekkutuplar yoktur, fakat elektrik yüklerinin dairesel hareketi sonucunda manyetik çiftkutuplar oluşur. Elektromanyetik kuramın gelişmesindeki en önemli aşamalardan biri Faraday’ın elektrik ve manyetik “alanlar” kavramlarını öne sürmesi oldu. Faraday değişen manyetik alanların elektrik alanları ürettiğini de (manyetik indüksiyon yasası) keşfetti. Bugün değişen elektrik alanların da manyetik alanlar ürettiğini biliyoruz. Ancak bu etki Faraday’ın 1800’lerin teknolojisiyle laboratuvarda gözlemleyemeyeceği kadar küçüktü. Fakat Maxwell elektromanyetik kuramın tutarlı bir biçimde matematiksel olarak ifade edilebilmesi için bu etkinin de gerekli olduğunu fark etti ve 1873’te tüm elektromanyetik yasalarını matematiksel denklemlerle ifade etti.

Bugün Maxwell denklemleri olarak anılan bu denklemlerden çıkarılan en önemli sonuçlardan biri ışığın da bir elektromanyetik dalga olduğunun anlaşılması oldu. Elektromanyetik kuramın, bugüne kadar geliştirilmiş en başarılı kuram olduğu söylenebilir. Klasik mekaniğin aksine 20. yüzyıldaki en önemli bilimsel gelişmeler olan görelilik kuramı ve kuantum mekaniğinden sonra bile hiçbir değişikliğe uğramadı. Maxwell denklemleri, kendilerinden 30 yıl sonra geliştirilen görelilik kuramı ile tamamen uyumludur ve kuantum elektrodinamiğinde de aynen kullanılırlar. Elektromanyetik kuram hiçbir manyetik tekkutup içermeden de çok başarılı olmasına rağmen, bugün pek çok araştırmacı hâlâ manyetik tekkutupların var olduğunu düşünüyor ve onları bulmak için çalışmaya devam ediyor. Bu durumun önemli iki sebebi var. Birincisi elektromanyetik kuram manyetik tekkutupların var olduğu varsayılarak yeniden kurulduğu zaman, Maxwell denklemleri simetrik hale geliyor ve çözümleri hayli kolaylaşıyor. İkincisi ise manyetik tekkutupların varlığının elektrik yükleri ile ilgili henüz çözülememiş bir problemin cevabı olduğunun düşünülmesi. Bu problem elektrik yüklerinin neden kuantize olduğu ile ilgili. Bilindiği gibi doğada gözlemlenen tüm elektrik yüklerinin değerleri, bir elektron yükün tam katları. Bu durumun sebebi bilinmiyor, ancak Dirac 1931’de manyetik tekkutupların varlığının, elektrik yüklerinin neden kuantize olduğunu (neden herhangi bir değer alamadığını) açıklayabileceğini gösterdi. Dalga fonksiyonlarının fazlarının gözlemlenememesi konusunu ele alan Dirac, manyetik tekkutuplar gibi davranan tekilliklerin kuantum mekaniğine göre mümkün olduğunu buldu. Sonuçlar elektrik ve manyetik yüklerin değerlerinin çarpımının kuantize olması gerektiğini gösteriyordu: g temel manyetik yük, e temel elektrik yükü, h Planck sabiti ve c ışık hızı olmak üzere ge= hc/4π. Bu durum “tüm evrende” tek bir manyetik yükün bile var olmasının, elektrik yüklerinin kuantize olmasını açıklamaya yeteceğini ve temel manyetik yükün g=68,5e olduğunu gösteriyor. Dirac makalesini “doğa bundan yararlanmadıysa şaşarım” diye bitirmişti, ancak uzun çabalar sonucunda hâlâ manyetik tekkutupların gözlemlenememesi üzerine kendisi de manyetik tekkutupların olmadığını düşünmeye başladı. Fakat başka kuramsal ve deneysel fizikçiler manyetik tekkutuplar üzerine çalışmaya devam etti. Schwinger, manyetik tekkutuplar ve dionlar (hem manyetik hem de elektrik yükü olan noktasal parçacıklar) içeren alan kuramları oluşturmaya çalıştıysa da başarısız oldu.

Bu durum başlangıçta umutsuzluğa neden olduysa da Abelyen olmayan ayar kuramlarının manyetik tekkutuplar içeren çözümleri de olduğunun anlaşılmasıyla araştırmalar ivme kazandı. Büyük birleşik kuramların (elektromanyetik, güçlü ve zayıf etkileşimleri birleştiren kuramların) geliştirilmesiyle, bu durumun evrenin ilk zamanlarında manyetik tekkutupların oluşmuş olması gerektiğine işaret ettiği anlaşıldı. Eğer bu doğruysa kozmik ışınlar içinde manyetik tekkutuplar da olmalıdır. 1960’ların sonlarından başlayarak hem manyetik tekkutuplar içeren kuramlar oluşturmak hem de manyetik tekkutupları gözlemleyebilmek için pek çok çalışma yapıldı. Kuramsal araştırmaların kısmen de olsa başarılı olduğu söylenebilir, ancak bugüne kadar manyetik bir tekkutup ne laboratuvar ortamında ne de kozmik ışınlarda gözlemlendi. Ancak bazı araştırmacılar manyetik tekkutuplar gibi davranan malzemeler üretmeyi başardı. Gelişmiş yöntemler kullanılarak malzemelerin içinde kurulan yapılar “noktasal” olmadıkları için gerçek anlamda manyetik tekkutup değiller, ancak çevrelerinde noktasal manyetik yüklere benzer biçimde manyetik alanlar oluşturuyorlar

Cevap Yaz