我想用实验验证地球磁场的起源

近来，我正在筹划一个实验，要验证地球磁场的起源问题。不一定能成功，但是我还是决心试一次。
大概的思路是，在一个大铝球的中心放一个永磁铁，如果我的猜想正确的话，在铝球高速转动的时候，由于铝球切割它自己的磁场而在其内部产生涡流。这个涡流会加强中心的磁场。如果在外边能够测到磁场的加强，就可以验证我们的猜测。当然，如果加强程度能够超过一倍，就可以达到磁场的自维持。
要想测到磁场的加强，预计使用的铝球直径最小在一米以上，转速最少在一万转/分钟以上。别的问题大概好解决，主要问题是轴承能承受的转速，因为转子的重量会超过一吨。

那位网友有好的见解，欢迎交流。

把此帖顶上来，这方面知道得不多，忙是帮不上了。
工程上，三峡这么大的机组都能运转，理论上肯定无问题，关键是制造工艺和设计，还有成本问题，资金怎么解决？

1万转？那你不用想了。这么大，还这么重，想要达到1万转，恐怕只有飞机引擎才能做到。最大的喷气引擎的转动部件视乎都没有这么重。有些空压机的转子能有这么重，但是转速只能勉强到一万转。但是费用之高，没有国家级的科研实力恐怕是不能实现的。

3# 潇洒泪
这么说来，楼主的实验只能变作“头脑实验”了，而难以在现实中实现了。
可能差的就是实验经费吧。有钱的人，还想做实验撞出一个“黑洞”来呢。

近来，我正在筹划一个实验，要验证地球磁场的起源问题。不一定能成功，但是我还是决心试一次。
大概的思路是，在一个大铝球的中心放一个永磁铁，如果我的猜想正确的话，在铝球高速转动的时候，由于铝球切割它自己的磁场而在其内部产生涡流。这个涡流会加强中心的磁场。如果在外边能够测到磁场的加强，就可以验证我们的猜测。当然，如果加强程度能够超过一倍，就可以达到磁场的自维持。
要想测到磁场的加强，预计使用的铝球直径最小在一米以上，转速最少在一万转/分钟以上。别的问题大概好解决，主要问题是轴承能承受的转速，因为转子的重量会超过一吨。

那位网友有好的见解，欢迎交流。
愚石 发表于 2009-10-4 20:59

                               
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问题不在于试验部分。

而在于红字部分的原理解释。你得从原理上讲透你的试验和地球的磁场起源之间的联系。如果真的让别人觉得 make sense, 投资的人自然有，你只需要理论方面的贡献就够了。但是，你有说服别人这个试验确实能帮助人理解地球的磁场起源吗？

如果你真的要做，也不是坏事，但千万别盲目的做，应该先写一个完整的计划，然后寻求投资或合作。这是所有科研项目的惯例和基本规则，所有课题和项目都是要先写计划，再根据每个人或组的计划的合理性、前瞻性、创新性等标准竞争拿经费的。
只要你的计划合理且有创新意义，投资不难找，和各大学及科研单位也容易合作。
熊还远没到能单独写一个完整计划申请经费的水平，所以以下只是个人naive观点。不同专业门槛不太一样，有些专业里博士后就得自己写计划筹钱了，所以熊猜版上应该有不少做过类似计划的同好，所以谨抛砖引玉。
关于这个实验，一个合理的计划至少应该包括但并不限于如下内容：
理论分析部分：
1、明确实验目的和研究对象。你的实验不能直接证明或证伪地球的任何特性，只能探讨运动导体或介质对电磁场的影响。至于和地球磁场之间的逻辑联系，需要澄清。
2、任何实验之前必须要有理论分析，这一点没有例外。研究这个问题的基本理论方法是电动力学，而且因为有轴对称的磁场和球对称的金属壳，又是定轴匀速转动，对称性丰富，应该可以做出解析解。熊估计解这个问题的难度应该略大于本科生的大作业，当然，没有亲手做不敢确定难度估计是否准确。如果觉得做出解析解比较困难，也可以做数值模拟，写个程序算算，那就容易多了，但是必须仔细估算误差和置信区间，以免被质疑结果的可靠性。做完了传统的计算，如果你有你的新理论，也要用你的理论做一遍，然后探讨结果和传统理论的结果的差异，设计断言实验并论证这个实验的精度或灵敏度对检验假设的有效性。
3、详述实验原理，分析误差来源，给出结果的分析方法，计算误差的传递，要明确给出系统误差和偶然误差与机械制造公差、温度、电子器件干扰等条件之间的函数关系。
4、给出详细的工程设计，如果可以的话，最好给出所有零件的图纸和电路图。并详述实验流程。
5、讨论实验可能给出的各种结果。对于每种可能的结果都要有分析，说明不同结果对于物理学的意义。
6、当然，唯一不用提醒的是，你得具体说明需要多少人力物力和时间来完成这个工作。每项钱要用于什么地方，分几个阶段完成，都要事先预算好。

问题不在于试验部分。

而在于红字部分的原理解释。你得从原理上讲透你的试验和地球的磁场起源之间的联系。如果真的让别人觉得 make sense, 投资的人自然有，你只需要理论方面的贡献就够了。但是，你有说服别人这 ...
nngs 发表于 2009-10-14 04:59

                               
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谢谢你的提醒。

突然有人对我的想法给与回应和建议，很高兴。
我的猜测是，一个导电的球体。只要直径足够大，转速足够高，就一定会自动产生并维持一个磁场。
我会有这样的猜测来自于两点，1、直觉。2、在蔡圣善编写的《电动力学》教科书的153页，曾经谈到，通过电动力学分析，确实存在几个特解，可以实现地球的磁场的自维持（并不需要岩浆涡流理论）。只是现在还没有实验室的证明。我就是想试一下，看看能否实验证实这一猜想。
说实话，我对实验结果并不抱多大的希望。因为我并不知道要实现自维持需要的直径和转速的下限是多少。也可能需要直径一公里，转速百万转，那我肯定要失败。

应当而且能够试验一下。

有必要对3楼说明一下，10 000转，不是难以做到的。飞机喷气引擎提高转速的困难在于涡轮处于高温高压状态，压气机叶片的结构复杂，受力也复杂，而且动片与静片还有配合要求。而在玉石的试验 ...
benlinliu 发表于 2009-10-13 20:44

                               
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我和你的观点一致。

如果你真的要做，也不是坏事，但千万别盲目的做，应该先写一个完整的计划，然后寻求投资或合作。这是所有科研项目的惯例和基本规则，所有课题和项目都是要先写计划，再根据每个人或组的计划的合理性、前瞻性、创新性 ...
bearcat 发表于 2009-10-14 08:34

                               
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方便是，我并不需要投资方，花上百八十万，甚至更多也不需要别人投资。自己做主就行了。
我现在需要的是别人在信息、理论和技术上的建议。


有人曾经说过，在《国家地理频道》或者《discovery》节目中，曾经看到过有人实现了转子的磁场自维持，只不过是在球体内放入了熔融的钠代替地球的岩浆做的实验。我现在最需要这个节目的材料了，可是一直找不到。如果真的有那个成功的试验，我几乎确信我的实验也会成功。我相信，在那个实验中，用实心球做实验也会成功。

如果那位也曾见过那期节目，请提供更多的信息。

因为在蔡圣善编写的《电动力学》教科书的153页，曾经谈到，通过电动力学分析，确实存在几个特解，可以实现地球的磁场的自维持（并不需要岩浆涡流理论）。但是那里并没有理论计算，而仅仅提到了结果。估计是其他人（最可能是国外人）做出的计算。为了得到更多的信息，我给作者去信，想要一些更详细的资料，但是对方没有回复。确实联系上了作者，因为他来过一次信。我说了想要相关的文献信息，但是再没有回信。也许他们的说法来自于其他人的教科书，也许他们也没看到过原始论文。

方便是，我并不需要投资方，花上百八十万，甚至更多也不需要别人投资。自己做主就行了。
我现在需要的是别人在信息、理论和技术上的建议。
有人曾经说过，在《国家地理频道》或者《discovery》节目中，曾经看到 ...
愚石 发表于 2009-10-14 09:11

                               
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光是建议是远不够的，你如果真的考虑做，你需要找合适的合作者，不是在论坛上征求一下建议就能自己解决的，至于科普节目级别的“参考资料”简直是笑话。
而要说服任何一个认真的合作者，一份完整的计划书是不可或缺的。
其实，即使是为了自己能够清醒的思考，自己给自己写一份计划也是相当重要的。

看来你不缺钱，而希望得到建议，那么我给你的建议是：放弃半年的工作收入，以这个机会成本去大学里脚踏实地的旁听一个学期的“四大力学”课程，你会发现受益匪浅的。其实，至少在北大里就有大量这样的旁听者，而且绝大多数课程都是欢迎旁听的。

现在，地球磁场的起源有多种假说并存。还没有那一种假说能够得到实验室的验证。
如果我们能够在实验中实现自传球体的磁场自维持，起码可以说是地球磁场的起源研究的重要进步。
只要能够实现磁场的自维持，很快就能找到磁场与直径、转速、电导率这四者之间的关系。很快就能计算出地球的磁场能否自维持。如果计算出地球的磁场能够依靠自转而实现自维持，我认为，地球磁场的起源问题就基本上解决了。

我选择了直径1米的铝球，选择了1万转，就是要让其表面线速度达到地球表面的线速度。

看来你不缺钱，而希望得到建议，那么我给你的建议是：放弃半年的工作收入，以这个机会成本去大学里脚踏实地的旁听一个学期的“四大力学”课程，你会发现受益匪浅的。其实，至少在北大里就有大量这样的旁听者，而且绝大多数课程都是欢迎旁听的。
bearcat 发表于 2009-10-14 09:29

                               
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谢谢你的这个建议。其实这也是我一直的梦想。只是在这个问题上，怕是远水解不了近渴。
我认为这个问题主要与四大力学中的电动力学密切相关，而与其它力学基本上无关。
但是就算我学习了电动力学，也不可能达到精通的地步。人家都发表了论文，认为在一定条件下能够实现磁场的自维持。我还能从理论上超越人家吗？我认为不可能的。那我就做点低级的工作，看能否用实验验证人家的观点。这就叫做扬长避短。

至于科普节目级别的“参考资料”简直是笑话。
bearcat 发表于 2009-10-14 09:29

                               
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我不这么认为，不像国内的10频道那样喜欢胡说八道，在discovery等节目的背后，都有专业的科学家做靠山。基本是可信的。
再者，如果他们提及的实验存在问题的话，我也正想看看他的问题出在哪里。

如果你真的要做，也不是坏事，但千万别盲目的做，应该先写一个完整的计划，然后寻求投资或合作。这是所有科研项目的惯例和基本规则，所有课题和项目都是要先写计划，再根据每个人或组的计划的合理性、前瞻性、创新性 ...
bearcat 发表于 2009-10-14 08:34

                               
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虽然这些是你自谦的“幼稚”想法，但我认为这些确实是在做项目前要考虑的。当然，像我这样的更关心第6项，而你是更关心前5项。

1# 愚石

在一个大铝球的中心放一个永磁铁

疑问：从这里看，这个实验的前提应该是认为地球中心存在着一个永磁体（铁），问题是，地球中心一定存在这个永磁体（铁）吗？如果存在，它是怎么形成的？

两个问题或者可以转化为一个：核心如何形成了磁场？如果如你所说是“铁”，高温高压环境下这个磁场能存在吗？固体物理、铁磁相变等理论我不懂，期待熊等高手的回答。接着，假设磁场在某种作用下形成了，如何长期维持？

不管如何，感觉即使实验成果了，也没有真正解决地磁场的来源问题。

有没啥软件可以仿真一下，有了初步方向在试也不迟

15# 愚石
给点工程上的建议：达到1万转是不难，很多小型电机和微型电机都可以达到。但是旋转部件重量达到1吨，直径超过1米，想要到1万转的转速，那难度可不是一般的大，你可要想清楚了，不要到时候几百万丢下去，到后来却做不出来，那就亏大了。

1# 愚石  



疑问：从这里看，这个实验的前提应该是认为地球中心存在着一个永磁体（铁），问题是，地球中心一定存在这个永磁体（铁）吗？如果存在，它是怎么形成的？

两个问题或者可以转化为一个：核心如何形成了 ...
positron 发表于 2009-10-14 12:57

                               
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我的实验有两套方案，两种结果。
1、我打算先不放中心磁铁。按照我的猜测，只要直径足够大、转速足够高，就可以出现磁场并且依靠正反馈实现自维持。但是，究竟多大的直径和转速才能实现自维持？我并不知道，也许需要更大的直径和更大的转速才行。在达不到这个目的的时候，我再使用第二套方案：
2、在球体中心放一个永磁铁。这样，即使正反馈系数达不到1，也可能出现磁场增强现象。这样一来，只要能够证明磁场会增强，就有可能算出反馈系数与转速、直径的关系，就可以算出直径和转速达到多大的时候，才能够实现磁场的自维持。

也就是说，争取的较好结果是出现磁场的增强，而争取的最好结果是出现磁场的自维持。

如果这两个目的都打不到，我就进行第三套方案：熔化掉铝球卖废铝。