Detalii privind paradoxul lui Feynman

Există în lumea noastră fizică o subtilitate pe care nu mulţi o cunosc: paradoxul lui Feynman. În cele ce urmează doresc să înţeleg împreună cu dumneavoastră această avere pe care ne-a lăsat-o unul dintre cei mai profunzi fizicieni ai lumii. În volumul doi al celebrelor sale Lecţii de Fizică Modernă, Feynman ne dăruieşte următoarea problemă:

• La periferia unui disc de plastic se amplasează uniform şi solidar cu discul nişte sarcini electrice egale, iar în centrul discului se aşează o bobină solenoidală cu axa perpendiculară pe disc. Prin bobină trece un curent electric constant, produs de o baterie. Dacă, printr-o metodă oarecare întrerupeţi curentul electric produs de baterie (de exemplu, dacă tăiaţi firul de alimentare al bobinei), atunci, conform legilor electromagnetismului, discul VA ÎNCEPE SĂ SE ROTEASCĂ!

Aceasta este marea avere pe care ne-a lăsat-o Feynman! De ce mi se pare atât de important acest fapt? De ce este acesta un paradox? Păi, să vedem... Noi ştim că există o lege de conservare a momentului cinetic. Ce ne spune această lege? Spune că un corp care nu se roteşte va rămâne mereu în repaus dacă asupra lui nu acţionează vreo cauză din exterior care să-i impună rotaţie. Şi mai spune că odată ce corpul a fost pus în rotaţie va rămâne mereu în rotaţie dacă este lăsat în pace. Atunci marea întrebare este: „DE CE SE ROTEŞTE DISCUL care iniţial era în repaus?”. Ce cauză externă determină discul să se rotească? Ce schimbăm atât de fundamental când tăiem firul de alimentare al bobinei? Nu este sfidată legea de conservare a momentului cinetic prin rotaţia misterioasă a discului? De unde apare momentul cinetic ce se instalează în disc?

Din păcate, Feynman este foarte superficial când încearcă să dea un răspuns la această problemă tulburătoare. El se mulţumeşte să ne spună că momentul cinetic al discului provine simplu din câmpul magnetic produs de bobină. Aşa este: momentul cinetic nu poate proveni de altundeva decât din câmpul magnetic al bobinei. Dar cum se întâmplă aceasta? Care este mecanismul profund prin care câmpul magnetic poate înmagazina moment cinetic?

Voi încerca să detaliez această chestiune, pentru că relaţia dintre electromagnetism şi mecanică (deci şi gravitaţie) trebuie să se ascundă cumva aici. Pentru început să simplificăm experimentul nostru. Înlocuim discul cu o bară de plastic la capetele căreia amplasăm două sarcini egale şi de acelaşi semn, iar în mijlocul barei punem bobina cu axa perpendiculară pe bară. Aşa vom vedea lucrurile mai simplu. În aceste condiţii, întreruperea curentului din bobină va duce la scăderea dramatică a câmpului magnetic produs de bobină, iar această scădere, deci variaţie, duce, conform ecuaţiilor lui Maxwell, la apariţia unui câmp electric în jurul bobinei, care câmp produce un cuplu asupra barei.

Să presupunem acum că la capetele barei punem sarcini egale, DAR DE SENS OPUS. În acest caz, la întreruperea curentului, asupra barei va acţiona O FORŢĂ, nu un cuplu. Deci, bara va începe să accelereze într-o direcţie perpendiculară pe axa bobinei şi pe bară. Aşadar, complexitatea problemei se extinde şi la legea de conservare a impulsului, nu doar la cea a momentului cinetic. Deci, câmpul magnetic înmagazinează şi impuls nu doar moment cinetic. Mai mult, ştim că orice corp neutru este alcătuit din perechi de sarcini egale şi opuse. Deci, asupra corpurilor obişnuite, aflate în câmpuri magnetice puternic variabile în timp, trebuie să acţioneze forţe. Oare a fost aplicată vreodată această cunoştinţă?

Totuşi, misterul paradoxului lui Feynman nu a fost rezolvat. Nu ajunge să afirmăm că un câmp magnetic înmagazinează moment cinetic (şi, după cum aţi văzut, impuls). Trebuie să înţelegem şi cum poate el înmagazina aşa ceva. Să înţelegem din punct de vedere FIZIC aceasta. Nu cumva câmpul magnetic este NUMAI un rezervor mecanic de impuls şi moment cinetic şi nimic altceva? Asta ar însemna că domeniul în care există un câmp magnetic este o consecinţă a faptului că în altă parte a Universului, un corp primeşte moment cinetic sau impuls. Iar apariţia câmpului magnetic compensează aparenta neconservare a momentului cinetic sau a impulsului pe care le primeşte corpul respectiv. Mai mult, ar mai însemna că un corp care primeşte impuls sau moment cinetic PRODUCE CÂMP MAGNETIC. Iar dacă vă amintiţi că Pământul are câmp magnetic, veţi accepta mai uşor că acest câmp magnetic este produs de mişcarea Pământului în ansamblul său, nu de nişte curenţi misterioşi care ar circula în miezul Pământului şi care nu cred că ar putea rezista la acele temperaturi care depăşesc cu mult temperatura Curie. Atunci, acceptând generalizarea că ORICE CORP al cărui impuls sau moment cinetic se modifică PRODUCE CÂMP MAGNETIC, am rezolvat paradoxul lui Feynman.