สนามแม่เหล็กของโลก

ใจกลางโลกร้อนจัด และการไหลของความร้อนจากใจกลางดาวเคราะห์สู่พื้นผิวนั้นเชื่อกันว่าเป็นตัวขับเคลื่อนการเปลี่ยนแปลงส่วนใหญ่ของโลก ตั้งแต่ภูเขาไฟไปจนถึงการเคลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลก เป็นที่เข้าใจกันมานานแล้วว่าการไหลของความร้อนขับเคลื่อนสิ่งที่เรียกว่าการพาความร้อน ของเหลวที่ร้อนที่สุดจะมีความหนาแน่นน้อยลงและลอยขึ้น ขณะที่ของเหลวที่เย็นกว่าและมีความหนาแน่นมากกว่าจะจมลงในแกนเหล็กที่เป็นของเหลวของโลกและสร้าง สนามแม่เหล็ก โลก แต่การคำนวณเมื่อเร็วๆ นี้เรียกทฤษฎีนี้ว่าเป็นปัญหา โดยเริ่มภารกิจใหม่เพื่ออธิบาย ในงานของพวกเขา โคเฮนและจาง พร้อมด้วย Kristjan Haule จาก Rutgers University ได้ใช้วิธีการทางฟิสิกส์เชิงคำนวณแบบใหม่ และพบว่าทฤษฎีการพาความร้อนดั้งเดิมนั้นถูกต้องมาตลอด ข้อสรุปของพวกเขาขึ้นอยู่กับการค้นพบว่าทฤษฎีคลาสสิกของโลหะที่พัฒนาขึ้นในทศวรรษที่ 1930 นั้นไม่สมบูรณ์ อิเล็กตรอนในโลหะ เช่น เหล็กในแกนโลก มีกระแสและความร้อน ความต้านทานของวัสดุขัดขวางการไหลนี้ ทฤษฎีคลาสสิกของโลหะอธิบายว่าสภาพต้านทานจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิ เนื่องจากอะตอมจะสั่นมากขึ้นเมื่อความร้อนสูงขึ้น ทฤษฎีกล่าวว่าที่อุณหภูมิสูง ความต้านทานเกิดขึ้นเมื่ออิเล็กตรอนในกระแสกระเด็นออกจากอะตอมที่สั่น อิเล็กตรอนที่เด้งกลับเหล่านี้จะกระจายและต้านทานการไหลของกระแส เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น อะตอมจะสั่นมากขึ้น และเพิ่มการกระเจิงของอิเล็กตรอนที่สะท้อนกลับ อิเล็กตรอนไม่เพียงแต่มีประจุเท่านั้น แต่ยังนำพาพลังงานอีกด้วย ดังนั้นค่าการนำความร้อนจึงแปรผันตามค่าการนำไฟฟ้า งานที่อ้างว่าทฤษฎีการกำเนิดสนามแม่เหล็กโลกอายุหลายสิบปีที่มีมานานหลายทศวรรษถูกกล่าวหาว่าโยนทิ้งไปโดยอ้างว่าการพาความร้อนไม่สามารถขับเคลื่อนการสร้างสนามแม่เหล็กได้ การคำนวณในการศึกษาเหล่านั้นระบุว่าสภาพต้านทานของโลหะหลอมเหลวในแกนโลกซึ่งเกิดจากกระบวนการกระเจิงของอิเล็กตรอนจะต่ำเกินไป และทำให้ค่าการนำความร้อนสูงเกินไป เพื่อให้การพาความร้อนสร้างสนามแม่เหล็กได้ งานใหม่ของ Cohen, Zhang และ Haule แสดงให้เห็นว่าประมาณครึ่งหนึ่งของความต้านทานที่สร้างขึ้นนั้นถูกละเลยมานาน: มันเกิดขึ้นจากการกระเจิงของอิเล็กตรอนออกจากกันแทนที่จะเกิดจากการสั่นสะเทือนของอะตอม โคเฮนกล่าวว่า "เราค้นพบผลกระทบที่ซ่อนอยู่ในที่แจ้งเป็นเวลา 80 ปี" "และตอนนี้ทฤษฎีไดนาโมเดิมก็ใช้งานได้แล้ว!"