¿Los imanes desplazan la luz al rojo?

Question

¿Los imanes desplazan la luz al rojo?

Supongamos que tenemos un imán extremadamente potente (digamos del tamaño del Sol) y tenemos un material paramagnético más pequeño por encima de él (digamos. Titanium Brick que es indestructible) . Debido a la atracción magnética caerá hacia el gran imán.

Supongamos ahora que al chocar contra la superficie del imán más grande, el material paramagnético más pequeño (ladrillo de titanio) se convierte de alguna manera en fotones (luz) equivalentes a su masa utilizando $E=mc^2$ más su energía cinética, $KE_1$ . Estos fotones se disparan hacia arriba a través de un espejo perfecto perpendicular al material paramagnético superior. Cuando alcanzan la posición original del imán, se convierten de nuevo en masa en forma de ladrillo de titanio.

Si esto se repite muchas veces parece que ganaremos energía gratuita, ya que el ladrillo de hierro gana energía cinética al caer, pero la luz no se ve afectada por los campos magnéticos. (¿O me equivoco?) Pero esto infringiría las leyes de conservación de la energía en concreto "La energía no puede crearse ni destruirse".

Por lo tanto, debo concluir que la luz se desplaza (o debería desplazarse) hacia el rojo (pierde energía) al atravesar un campo magnético. El problema surge cuando se tiene en cuenta que la luz no está cargada, por lo que no debería verse afectada por ningún campo magnético, pero mi intuición me dice que la luz sí debería verse afectada, por lo que ¿es válida mi conclusión o no? ¿Se desplaza la luz hacia el rojo en presencia de un campo magnético?

Si la luz no se desplaza al rojo entonces lo que se pierde para asegurar que el sistema no está ganando energía, pero en este experimento no tiene sentido, ya que estamos utilizando fotones que no se ven afectados por los campos magnéticos y luego recrear el material para magnético (como ladrillo de hierro que utilizamos) por lo que no debemos perder energía, ya que simplemente estamos recreando el mismo objeto de nuevo.

Answer 1

Me encanta la pregunta. Quería compartir mis pensamientos y una posible explicación de este fenómeno.

Veamos el proceso (partiremos de un objeto no magnetizado):

1. Dos cuerpos, uno de los cuales es un enorme imán y el otro un objeto ferromagnético muy pequeño, se encuentran en el espacio libre.
2. Ninguna fuerza actúa sobre ellos en el momento inicial (la gravedad no es necesaria). El ferromagneto aún no está magnetizado (los dominios magnéticos aún son aleatorios).
3. Suponemos una rápida magnetización del objeto pequeño, comienzan a atraerse magnéticamente. La energía consumida puede calcularse a partir de la energía/coenergía magnética en el bucle de histéresis del material. $W_m^*=\int_V\int_H B\mathrm{d}H\mathrm{d}V $
4. La fuerza real que los atrae magnéticamente es la fuerza de Relucancia, esta fuerza quiere reducir la resistencia magnética total de un camino y mueve dos objetos a una posición de mínima resistencia para el flujo magnético.
5. El proceso de atracción se produce por el mismo mecanismo de energía/coenergía. Una fuerza resulta del cambio de coenergía $F=-\frac{\mathrm{d}W_m^*}{\mathrm{d}x}$ .
6. A medida que el objeto pequeño se acerca, el valor de $W_m^*$ disminuye (hay que tener en cuenta el volumen). Explicación intuitiva: todo quiere llegar al estado de menor energía.
7. El aumento de la energía cinética se produce paralelamente $E_k=\int_xF\mathrm{d}x$ por lo que podemos fijarnos en el valor inicial de $W_m^*$ como el energía potencial .
8. En el momento en que el pequeño objeto se convierte en fotones con $E=mc^2$ el $W_m^*$ se convierte en la mayoría de los casos (según el momento) en $E_k$ .

Si no cometí ningún error, no debería haber pérdida de energía. El gran imán suministra la energía

Answer 2

Recuerda que además de la masa pura de tu imán "de prueba" más pequeño, necesitas crear su masa energética. estructura magnética no trivial . Esto debería explicar la energía obtenida a través de la atracción electromagnética.

Salvo los efectos de la óptica cuántica no lineal, la luz no se ve influida por los campos magnéticos. Esto se debe a que las ecuaciones de movimiento son lineales, por lo que un campo electromagnético no puede influir en otro sin la ayuda de materia cargada.

Answer 3

Creo que en el experimento mental se refieren al proceso normal de una colisión elástica. Lo que quiero decir es que una partícula cae a la tierra y (de alguna manera se convierte en un fotón) pero no hay nada que mantenga el fotón en la superficie de la tierra (ninguna fuerza que lo pegue al suelo) por lo que rebota igual que rebotaría una pelota de baloncesto al driblarla. Y este rebote es muy importante en nuestro argumento porque entonces medimos la cantidad de reducción de energía de la partícula debido a la gravedad.

Sin embargo, en tu ejemplo, el pequeño imán nunca podría rebotar. Chocaría contra la superficie del imán grande y se quedaría pegado (debido a la fuerza magnética), por lo que aunque lo convirtiéramos en un fotón después esos fotones no tendrían energía debido a que toda su energía cinética había sido absorbida por el imán más grande cuando todavía estaban formando el más pequeño. Espero que lo hayas entendido.

En resumen, no creo que este mismo experimento sea aplicable simplemente porque la gravedad en la superficie de la tierra es pequeña y no puede absorber toda la energía cinética de una bola incidente, ¡pero la fuerza magnética de un gran imán es enorme! Así que no quedaría energía cinética para que el imán o los fotones volvieran a subir.

Answer 4

Hay muchas cosas que no cuadran en este experimento mental, en mi opinión:

1. un trozo de material ferromagnético mostrará inmediatamente un polo norte y un polo sur en las líneas del imán. El polo norte será atraído, el sur será repelido, y acabará como limaduras de hierro al chocar con la superficie.

2. en el mundo real si choca contra una superficie se romperá en sus partes componentes, dependiendo de la energía. Para conseguir la aniquilación la energía debe ser enorme y habrá muchos fragmentos átomos y fotones

3. con la ruptura el ferromagnetismo desaparece y las particulas individuales rebotaran segun las reglas de dispersion de particulas ( mire las secciones transversales en el libro de datos de particulas)

4. Estos tendrán cualquier distribución angular (también los fotones) y saldrán volando según su momento y energía dados por el gran rebote. Nunca se cohesionarán lo suficiente como para volver a caer en una estructura llamada materia sólida como para prever que acabe entera en su lugar anterior . La energía se conserva en las interacciones de las partículas elementales, lo que significa que si juntamos todos los trozos encontraremos la masa en reposo y las energías cinéticas.

5. Suponiendo que el gran imán estuviera hecho de antimateria, de nuevo el mismo problema de no reconstruibilidad: la aniquilación de protones y neutrones da principalmente piones , la descomposición cargada en muones y neutrinos y pi0 en dos fotones, que nunca se unirán en la parte superior, tanto por las distribuciones angulares como porque la sección transversal de gamma gamma a pi0 es minúscula ( diagramas de orden superior y el acoplamiento electromagnético es 1/137 ). Nada se aniquila en sólo fotones, e incluso si lo hiciera, los fotones se dispersarían peor que una bolsa llena de gatos.