20 september 2019

Wetenschappers creëren magnetisch “wormgat”

Voorstelling van een wormgat. Credit: ©iStock.com

Wetenschappers hebben een magnetisch systeem gemaakt dat zich gedraagt als een wormgat – het klinkt als science fiction, maar in werkelijkheid is het een belangrijke ontdekking die vorige week verricht is door wetenschappers van de Universiteit van Barcelona. Het systeem kan een magnetisch veld versturen tussen twee punten in de ruimte, via een tussenliggend pad dat magnetisch gezien onzichtbaar is. Vanuit het oogpunt van het magnetisch veld gedraagt het systeem zich als een wormgat, alsof het magnetische veld door een extra ruimtelijke dimensie reist!Het idee van een wormgat is in 1935 voorgesteld door niemand minder dan Albert Einstein (en z’n assistent Nathan Rosen). Hij realiseerde zich namelijk dat het volgens zijn algemene relativiteitstheorie is toegestaan dat twee punten in de ruimte via een “brug” met elkaar verbonden worden. Via zo’n “wormgat” (officieel een Einstein-Rosen-brug) kun je supersnel tussen twee plaatsen in de ruimte reizen, mits die twee plaatsen door zo’n wormgat met elkaar verbonden zijn. Vandaar dat wormgaten een dankbaar onderwerp zijn in de science-fiction, aangezien je in theorie veel sneller dan het licht kunt reizen als je gebruik maakt van zo’n ruimtetunnel. Helaas hebben we geen enkel bewijs dat wormgaten ook echt bestaan.Maar we dwalen af: wat hebben de Spaanse wetenschappers dan uitgespookt? Nou, wat zij gemaakt hebben is niet per se een wormgat door de ruimtetijd – ze wekken eerder de illusie van een wormgat. Je moet hun uitvinding eigenlijk zien als een soort “onzichtbaarheidsveld”. Het systeem dat ze ontwikkeld hebben bestaat uit een balletje van zo’n 45 millimeter in doorsnede, dat is opgebouwd uit drie lagen. De eerste laag is simpelweg een bol van ferromagnetisch materiaal. Binnen die laag bevindt zich dan een laag die is opgebouwd uit supergeleidend yttrium. Tenslotte bevindt zich binnen de supergeleider dan weer een magnetische spiraal.

Voorstelling van een magnetisch wormgat. Credit: Jordi Prat-Camps and Universitat Autònoma de Barcelona.

Zodra een magnetisch veld het bolletje aan de ene kant binnentreedt, komt het aan de andere kant weer tevoorschijn als een monopoolachtig veld. Binnen het bolletje was echter geen spoor zichtbaar van het magnetische veld! Dankzij dit “wormgat” kon het magnetische veld reizen tussen twee punten in de ruimte via een pad dat magnetisch gezien niet te detecteren is. Het veld verdwijnt dus op het ene punt en komt op het andere punt weer tevoorschijn, alsof het door een andere dimensie is gegaan.Waarom is dit belangrijk? Het betekent dat een magnetisch veld kan reizen van de ene kant van het bolletje naar de andere kant, zonder merkbare effecten. Als je een magneet binnen het bolletje zou plaatsen, zou deze op geen enkele manier beïnvloed worden door het magnetische veld dat door het bolletje reist. Natuurlijk is het magnetische veld wel degelijk in het bolletje aanwezig – het is simpelweg onzichtbaar gemaakt. Dat betekent dat het geen wormgat is zoals Einstein het bedoeld heeft – het is gewoon een trucje, een illusie.Goed, wat hebben we er dan aan? Volgens de betrokken wetenschappers kan hun ontdekking ervoor zorgen dat MRI-scanners veel nauwkeuriger worden. Je zou bijvoorbeeld gebruik kunnen maken van drie detectoren in plaats van één. Op die manier kan tijdens een MRI-scan tegelijkertijd foto’s gemaakt worden van je knie, je lever en je hoofd. Ze zullen elkaar niet verstoren, omdat hun magnetische velden onzichtbaar zijn. Ook vormt het magnetische “wormgat” een volgende stap naar een echt onzichtbaarheidsveld. Bronnen: Scientific American & IFL Science.

Reacties

  1. Hoe kan dit handig zijn voor mri scanners als het magnetisch veld alleen door het bolletje afgeschermd wordt?

  2. Gedraagt de supergeleidende tweede laag zich als een kooi van faraday? Waarschijnlijk dus ook voor zeer lage frequentie’s en statische velden? Vanwege de nul-weerstand van de supergeleiding? En de buitenste laag als een soort geometrische symetrische veldgeleiding? Maar waar is de binnenste magnetische spiraal voor nodig ?

  3. Het originele artikel:

    http://www.nature.com/articles/srep12488#f2

    Eea is mij nog niet duidelijk.

  4. Even snel door het originele artikel gescanned, in wiskunde ben ik toch niet zo goed. In fysica en elektronica, elektro en elektromagnetisme ietsje beter.

    Ik vermoed het volgende: (bij 1 2 3 4 ga ik uit van volledige complete bollen, daarna met gaatjes)

    – 1 Als de “magnetische geleidbaarheid” van die buitenste bol erg laag is (hoge mu: relatieve permeabiliteit) dan ontwijken de magnetische krachtlijnen het binnenste van de bol. Ze nemen bij voorkeur een omweg en slechts een klein deel gaat binnendoor. Dat is vanwege de verdeling van krachtlijnen over verschillende magnetische wegen met verschillende magnetische weerstand. Dat kan je ook bij transformatoren netjes berekenen: lijkt op de wet van Kirchhoff bij elektriciteit van de verdeling van stroom bij paralelle geleidende wegen. Dus vanwege de altijd aanwezige ruimtelijke “magnetische geleidbaarheid” (de mu-nul) wil er toch altijd een klein beetje magnetisme door het binnenste gaan.

    – 2 Daarom is de (super)geleidende binnenste bol, die werkt dus als kooi van Faraday: magnetische krachtlijnen worden tegengewerkt vanwege de elektrische stromen die als reactie op die (wisselende) magnetische krachtlijnen ontstaan. Maar vanwege de supergeleidendheid, komt er dus helemaal niks aan magnetisme in het binnenste: er ontstaan oneindig hoge stromen en het inkomende (al reeds zwakke) veld mordt volkomen tegengewerkt. (Is haast niet voor te stellen in de praktijk)

    – 3 Een bol is ruimtelijk symmetrisch. Daarom zal een magnetische veldlijn die de bol “treft” precies aan de andere kant eruit komen. Het is dan wel geen echte “wormhole”, geen tijdcontractie, maar een geometrische bolvormige omleiding. Ook zal, op grond van symmetrie overwegingen de hoek van inval gelijk zijn aan die van de hoek van uitval. Derhalve zal het hele “kromme” veld-beeld onaangetast blijven. De bol is dus magnetisch “onzichtbaar”, tenzij je naar de iets grotere tijdsvertraging kijkt van de “omgeleide” magnetische krachtlijnen. Maar dat zal volkomen verwaarloosbaar zijn gezien de lichtsnelheid en de grootte van de “omweg”. En het zal in het totale veld een klein deel zijn, het meeste gaat er omheen. Een soort magnetische lensabberatie.

    – 4 IN de bollen is het dus veldvrij!

    Р5 Nu de truc: er zitten twee gaatjes in de beide concentrische bollen. Dus het verhaal bij 1. 2. 3. 4. zal wel niet helemaal ideaal zijn, maar toch wel praktisch bruikbaar. Tenminste voor velden die een grote hoek maken met de as die door de beide gaatjes gaat. Het veld dat recht op de gaatjes afkomt (op het plaatje veroorzaakt door de magneet die wel erg dicht op ̩̩n van de gaatjes staat) is het nu een ander verhaal.

    – 6 Vanbinnen de bol zit er een soort paralllele geleider van zeer lage magnetische weerstand: die “slokt” de magnetische krachtlijnen op en geleidt ze rechtdoor. Ook weer uit symmetrie overwegingen worden aan de ingang van het ene gaatje en de uitgang van het andere gaatje de krachtlijnen qua richting niet beinvloedt,

    – 7 Conclusie: Normaal kunnen er geen onafhankelijke magnetische velden tegelijk in een ruimte bestaan. (die vermengen zich) Maar in dit geval “ZIET” de magneet vlak voor het gaatje de dwarsvelden niet: er is geen vermenging.

    – 8 Toepassing: Vervang de magneet door een magnetische sensor. Die sensor “ZIET” alleen het veld recht inkomend vóór hem. Ongestoord door “dwarse” velden. Meerdere van deze bollen ruimtelijk anders gericht kunnen dan dus onafhankelijk van elkaar tegelijk magnetisch in verschillende richtingen kijken. Zo verklaar ik de werking voor een te ontwerpen nieuwe MRI scanner.

    -9 Met een grote slag om de arm, omdat ik niet goed ben in wiskunde.

    • “In this work we construct an actual 3D wormhole for magnetostatic fields.”

      • O0 het einde staat, citaat:

        To sum up, we have demonstrated that the ideas in Ref. 3 of effectively changing the topology of space can be realized with magnetic fields, not only as an abstract paradigm11, but by constructing an actual 3D spatial wormhole and measuring its properties. Our wormhole appears roughly as a sphere in most regions of the electromagnetic spectrum, including visible light. However, with respect to magnetic fields, the object allows the passage of field lines through its interior while being magnetically invisible. The situation is analogous as having the magnetic field propagating through a handlebody attached to the R3 space3. In this way, the magnetic field of a dipole entering in one end of the wormhole appears as a monopolar-like field at the other end.

        “changing the topology of space” en “propagating” ofwel “vervorming” en “transmissie” is niet een volkomen “wormhole” effect, slechts gedeeltelijk. In het hele artikel komt niet het woordje “tijd” of “tijdsvervorming” voor. Maar ik kan me vergissen. 😉

        • Het gaat om magneto**statica**. 😊.

          • Sorry misverstand, waarschijnlijk onduidelijk geformuleerd door mij. Dat bedoelde ik reeds in punt 2 van 10:54 uur citaat:

            “als reactie op die (wisselende) magnetische krachtlijnen ontstaan. Maar vanwege de supergeleidendheid, komt er dus helemaal niks aan magnetisme in het binnenste”

            Met “statisch” dus gezien als een limiet naar frequentie nul waarbij de stromen in het supergeleidende als het ware “bevroren” worden. Ten slotte wordt een statisch veld ook aangezet 🙂 Dat is dan de initiële wisseling in stroom en veld, bijvoorbeeld in die Helmholtz spoelen. Dat is dan de “setting” van het “remanent” magnetisme in de supergeleidende bol. Met supergeleiders kan men met een elektrische spoel een “permanente” magneet maken. Het is de methode om extreem sterke magneten te maken.

            Niets is eeuwig, en dat zelfs niet. (?) Nu snap ik mezelf niet meer 🙂

          • Ik zal me er nog eens in verdiepen. Het originele artikel bevat ook nog een link naar een PDF met Supplementary Information (achter de referenties). Die had ik nog niet gevonden.

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

%d bloggers liken dit: