СЕМИНАР N 3
ЗАГАДКИ ЗАКОНА КУЛОНА

Объявив на занятии, что в природе обнаружено два типа электрических зарядов (положительные и отрицательные) и что заряды взаимодействуют по закону Кулона

F = k*q1*q2 / r^2 , (1)

имеет смысл обсудить нетривиальность и, можно сказать, загадочность сделанных утверждений.

Во-первых, можно поговорить о том, что физики с большой тщательностью проверяли и проверяют до сих пор точно ли в степени 2 стоит расстояние в законе Кулона (а не 2.000000001). В учебниках этот вопрос обсуждается достаточно часто, поэтому обсуждать его на нашем семинаре мы не будем.

Во-вторых, закон (1) можно сравнить с законом всемирного тяготения

F = G*m1*m2 / r^2 . (2)

С точки зрения математика формулы (1) и (2) совершенно одинаковы. Более того, концы (полюса) достаточно длинных намагниченных спиц взаимодействуют тоже по закону (2) , только вместо масс выступают магнитные заряды, сосредоточенные на концах спиц (это - закон Кулона для магнитных масс).

Физики обнаружили электрические заряды двух знаков: + и -, гравитационные заряды (массы) обнаружены только одного знака (только положительные), а магнитных зарядов физики вообще не наблюдали. Естественно, что среди физиков по этому поводу очень сильные душевные переживания, и они хотят найти отрицательные массы и хотя бы один магнитный заряд любого знака. Тот, кто найдет что-нибудь из этого, наверняка получит Нобелевскую премию и, конечно, всеобщее признание.

Такое поразительное сходство законов не может быть случайным! Про мир с положительными и отрицательными массами много написано фантастами, да и физики написали об этом не одну статью. Вы сами можете решить много задач из стандартных задачников, принимая возможность существования отрицательных масс. Практически все ответы будут парадоксальны (точнее, непривычны).

В свое время Дирак предсказал существование позитрона - первой из обнаруженных античастиц. Он же предсказал существование магнитных зарядов. Дираку физики предельно доверяют, поэтому огромное их число ищет магнитные монополи. Монополь значит один полюс. Если вы разломите намагниченную спицу, то получите две спицы, у каждой из которых снова два полюса. Вся проблема состоит в том, как отломить только один полюс. Наверно, это просто, но никто еще не придумал этой простоты. Раз в два года в солидных журналах появляется статья об открытии монополя.

Физики всего мира бросаются повторять объявленный эксперимент. И через полгода объявляется о "закрытии открытия" монополя. Пока все заявления об открытии изолированного магнитного заряда считаются ошибочными.

Следует, однако, немного разочаровать слушателей по поводу сходства законов (1) и (2): одноименные электрические заряды отталкиваются, а одноименные массы (положительные) притягиваются. В законах (1) и (2) постоянные k и G имеют разный знак. Это очень существенно.

Например, в металлическом ящике электрическое поле полностью экранируется (в металле поле равно нулю). Из-за различия знаков постоянных k и G гравитационный экран будет работать совсем по-другому.

ЗАМЕЧАНИЕ. На эту тему можно прочитать совершенно замечательную статью самого П.А.М.Дирака в Физическом энциклопедическом словаре

(статья "Магнитный монополь").