От редакцииРедакция ТЧК никода не обращала внимания на сообщения в СМИ о шнобелевских лауреатах по той причине, что нам так и не удлалось установить контакт с Марком Абрахамсом. До тех пор, пока мы не опубликовали выдержку из книги Михаила Прохоровича Е = mc3 "И нобелевская, и шнобелевская!", в которой он утверждал, что в мире существует единственный лауреат и нобелевской, и шнобелевской премий, голландский и английский физик сэр Андрей Константинович Гейм. Мы проверили эту информацию. Выяснилось, что таких людей двое. C Бартом Кнолзом мы еще попытаемся связаться, а от сэра Гейма, к нашей радости, ответ пришел через несколько дней: ![]() ![]() ![]() Редакция благодарит сэра Гейма. как и мы, любящего чай, за внимание и высочайшую оценку нашей деятельности, оказавшейся для него более симпатичной, чем Annals of Improbable Research, вручивших ему Шнобелевскую премию. Редакция ТЧК считает это более высокой наградой, чем та, которой мы награждаем авторов. Со времени публикации статьи Питера Бакуса мы так и не удосужились делать профессиональные переводы статей наших авторов на русский язык. Поэтому и сейчас мы публикуем ее на английском языке по Eur. J. Phys. 18 (1997) 307 - 313. Сэр Берри, соавтор этого исследования, также является лауреатом Шнобелевской премии 2000 г. по физике.
|
![]() |
(1) |
(In a more accurate treatment (Landau et al 1984), incorporating the distortion of the ambient field by the object, there is a shape-dependent correction to (1); for a sphere, the r.h.s. is divided by 1 − |χ|/3. In general, the relation between B and M is tensorial.)
By integrating the work −dm · B as the field is increased from zero to B(r), we can obtain the total magnetic energy of the object and, adding this to the gravitational energy, the total energy:
![]() |
(2) |
For the object to be floating in equilibrium, the total force F(r) must vanish. Thus
![]() |
(3) |
All the fields we are interested in will have rotation symmetry about ez (continuous for a solenoid, discrete for the Levitron™ whose base is square). So, considering equilibria on the axis and denoting the field strength by B(z), the equilibrium condition becomes
![]() |
(4) |
Note that this involves only the density of the levitated object, not its mass.
For the Levitron™, the spinning-top is magnetized with magnetic moment m directed along the symmetry axis of the top. The purpose of the spin is to keep m gyroscopically oriented in the direction for which the force ∇m · B(r) from the base is upwards, that is, with m antiparallel to the effective dipole representing the base, since unlike dipoles repel (unlike unlike poles). Thus magnetic repulsion can balance gravity. (Without spin, the magnet orients itself parallel to the dipole representing the base, and is therefore attracted to the base, and falls.) The magnetic torque causes m to precess about the local direction of B(r). If this precession is fast enough (in comparison with the rate at which the direction of B(r) changes as the top bobs and weaves during its oscillations about equilibrium), a dynamical adiabatic theorem (Berry 1996) ensures that the angle between m and B(r) is preserved. For the Levitron™, m is approximately antiparallel to B(r), so this angle is close to 180°, and the energy is
![]() |
(5) |
Comparing (2) and (5), we see that the energy, and therefore the equilibrium, of both a diamagnetically levitated object and the Levitron™, depends on the magnitude B(r) of the field; at the end of sect. 3 we will see that this dependence is crucial to stability in both cases.
For levitation, the equilibrium must be stable, so that the energy must be a minimum, that is, the force F(r) must be restoring. We begin by showing that this excludes the levitation of paramagnetic objects. A necessary condition for stability is
![]() |
(6) |
∇2B2(r) < 0 | (7) |
But
![]() |
(8) |
Equation (8) is the essential step in the proof that the magnitude B(r) of a magnetic field in free space can possess a minimum but not a maximum. This theorem is
The sufficient conditions for stability (as opposed to (6), which is merely necessary) are that the energy must increase in all directions from an equilibrium point satisfying (3), that is
![]() |
(9) |
For diamagnets, it now follows from (2) that
![]() ![]() |
(vertical stability)
(horizontal stability) |
(10) |
Because of the rotational symmetry, the last two conditions are equivalent. Now we show that the conditions can be conveniently expressed in terms of the magnetic field on the axis, B(z), and its derivatives B′(z) and B″(z). We begin by introducing the magnetic potential Φ(r), satisfying
B(r) = ∇Φ(r) | (11) |
![]() |
(12) |
From the fact that 8 satisfies Laplace’s equation, and rotational symmetry, there follows
![]() |
(13) |
Therefore the potential close to the axis can be written
![]() |
(14) |
From (11), the field strength can now be written
![]() |
(15) |
The stability conditions (10) can now be expressed in terms of φn(z), and thence in terms of the field on the axis:
![]() ![]() |
(vertical stability)
(horizontal stability) |
(16) |
For the Levitron™, where the magnetic energy (5) depends on B(r) rather than B2(r), a similar analysis leads to the same horizontal stability condition, and the simpler vertical stability condition B″(r) > 0. Mathematically, the reason why diamagnets and the Levitron™ can be levitated in spite of Earnshaw’s theorem is that the energy depends on the field strength B(r), which unlike any of its components does not satisfy Laplace’s equation and so can possess a minimum. Physically, the diamagnet violates the conditions of the theorem because its magnetization m is not fixed but depends on the field it is in, via (1). Microscopically, this is because diamagnetism originates in the orbital motion of electrons and so is dynamical. In the Levitron™, the magnitude of m is fixed but its direction is slaved to the direction of B(r) by an adiabatic mechanism that is also dynamical (at the macroscopic level) because it relies on the fast precession of the top. The (non-dissipative) stability of permanent magnets levitated above a (concave upwards) bowl-shaped base of type I superconductor (e.g. lead) (Arkadiev 1947) is similar to that of the diamagnets we have been considering. The superconductor is a perfect diamagnet (χ = −1), and so the permanent magnet above it is repelled by the field of the image it induces (Saslow 1991). If the magnet moves sideways, the image gets closer, so that the energy increases.
Здесь мы помещаем ссылки из русской Википедии на упомянутых великих людей. |
Сэр Андрей Константинович Гейм (р. 1958) - советский, нидерландский и британский физик, лауреат Нобелевской премии по физике 2010 г..
Сэр Майкл Виктор Берри (р. 1941) - английский ученый, специалист в области математической физики.
В будущем компьютеры будут весить не более полутора тонн.
Думаю, что на мировом рынке мы найдем спрос для пяти компьютеров.
Я изъездил эту страну вдоль и поперек, общался с умнейшими людьми и могу ручаться в том, что обработка данных – не более чем причуда, мода на нее продержится не более года.
Ни у кого не может возникнуть необходимость иметь компьютер в своем доме.
640 Кб должно быть достаточно для каждого.
Однажды, в правление императора Нерона, мировые цены на энергоносители резко подскочили вверх, что позволило императорскому правительству и римскому сенату принимать годовые бюджеты с заметным профицитом, увеличить в несколько раз золотовалютные резервы Центробанка, а, главное, образовать некий стабилизационный фонд, объем которого составил аж 1 триллион сестерциев. При этом состояние экономики, армии, науки и культуры в империи оставалось плачевным. Тогда римляне, не сумев достучаться до Нерона, обратились за разъяснениями к его наставнику, известному философу Сенеке.
– О Сенека! – сказали они. – Что стабилизирует этот фонд? Нашу нищету, что ли?! На это философ ответил вполне по-философски:
– Фонд стабилизирует императорскую власть в первую очередь. Ну представьте на минутку – цены на энергоносители резко вдруг упали, и императору не из чего платить жалование отряду особого назнаназначения, именуемому «Преторианской гвардией». Будут ли озлобленные преторианцы защищать цезаря, задолжавшего им содержание за много месяцев? Будут ли они разгонять несанкционированные митинги римлян и принимать участие в галльской контртеррористической операции? Конечно, нет! А при наличии жирного стабилизационного фонда власти предержащие смогут продержаться до очередного подорожания на мировом рынке энергоносителей, коими так богата наша империя. Не продержались… Ну а Сенека за свою философскую откровенность принял яд по личному указанию Нерона…
Не философствуй! Однажды в Риме выдалась снежная, морозная зима, и городские тротуары покрылись льдом. Поскольку дворники римские работали одновременно в двух, а то и в трех местах, то, стало быть, не работали ни в одном. В результате травматологические отделения римских больниц оказались переполненными потерпевшими от гололедицы, что, естественно, привело к большим убыткам государственной казны. Твердо решив победить это стихийное бедстбедствие, а главное, хоть чуть-чуть сдвинуть с мертвой точки реформу ЖКХ, Гай Юлий Цезарь вызвал к себе мэра города Рима, Марка Антония, большого любителя зимнего купания в проруби.
– Ну что, Марк, – спросил Гай Юлий, как только мэр моржовый (так его звали римляне) вошел к правителю государства, – все моржуешься?
– Моржуюсь, – ответил Марк Антоний.
– Это хорошо! – сказал Цезарь. – Ради дела демократии здоровье надо беречь. Только вот моржевание не содействует уменьшению веса, а от лишнего веса все напасти. Тут Цезарь выразительно посмотрел на несколько пухлую фигуру римского градоначальника.
– Рекомендую тебе, Марк, – в голосе Цезаря зазвучали приказные нотки, – для сохранения здоровья твоего в интересах римской, управляемой мною демократии, а также в интересах жилищно-коммунального хозяйства республики каждое утро совершать бег трусцой по римским улицам. Можно без тоги. Бегать будешь по тротуарам, чтобы быть поближе к простому народу. Это демократично. Маршрут станешь менять каждый день для разнообразия. Начнешь с окраин, кончишь возле своего дома. Все понял?!
Прошло несколько дней, и тротуары римские очистились ото льда, народа в травматологических отделениях больниц заметно поубавилось, а римский градоначальник всерьез задумался о реформах ЖКХ... заметно подняв плату за коммунальные услуги...
Однажды в Центральную римскую больницу скорой помощи имени Эскулапа привезли гражданина Секста в состоянии глубокого шока. Секст, ехавший на личной колеснице отечественного производства, попал в транспортную катастрофу по причине технического несовершенства своего экипажа. Все попытки медиков вывести пострадавшего из состояния комы успехом не увенчались, и тогда врачи решились на крайнее средство – шоковую терапию.
Завотделением Публий наклонился к уху лежащего без сознания и громко прокричал:
– Секст! Ты слышишь?! Согласно постановлению правителей римских с сегодняшнего дня резко подняты ввозные пошлины на импортные колесницы старше семи лет!
– А чтоб им в тартар провалиться! – простонал пришедший в сознание гражданин.
– А чтоб им... По-прежнему мне на отечественной дряни ездить!
Однажды римские жители, окончательно озверев от трудностей жизни, явились на форум и сказали Гаю Юлию, своему правителю:
– О Цезарь! Наших зарплат едва хватает на еду и оплату жилья. Мы донашиваем старые вещи. Скоро нам нечем будет прикрыть срам. Что делать прикажешь?!
– Стать нудистами! – не замедлил с ответом великий римлянин.
– Не в Скифии живем, климат позволяет!