关于地球磁场起源的实验正式启动

按熊的理解，这个实验不是真正的模拟地球，而是要验证旋转导体的磁性质。
那么，没有必要引入任何与这个磁性质无关的因素，比如球体的设计。
bearcat 发表于 2010-3-27 07:16

                               
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十分感谢熊的讨论。
正像你说的，这个实验是要验证旋转导体的磁性质。但是，我把它做成球形，是想一箭双雕。如果成功，就直接可以说明星体磁场的起源了，不必再做球体的试验了。毕竟这种实验的主要目的是想解释星体磁场的起源。

另外，我的直觉告诉我，球体是最好的实验方案，盘形肯定不行，而柱形会浪费资源。
我们猜测，如果内部产生了涡电流和磁场，涡电流必然存在着径向、经向和纬向的流动。盘形会限制经向的电流，因此不能达到实验的目的。而柱形的角部可能对涡流没有多大的贡献，为了减小惯量和质量，应该去掉。这就必然要选择球形。

另外，在实验之前，应该有个定性或者半定量的分析。
比如，这个磁场如果产生，它的强度和半径、速度等参数大概是什么关系（线性的还是非线性的、递增的还是递减的等），哪个参数更重要。这个完全可以用定性的方法，比如量纲分析得到。
同时考虑包括角动量等机械操作的难点，看看磁场随各种参数的关系和角动量随这些参数的关系的变化趋势。
这样，就可以给转子的形状设计提供优化方案。
bearcat 发表于 2010-3-27 07:16

                               
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你说的很对，到底是直径大点更重要还是转速高点更重要？这是很重要的问题。我们也认真地考虑过这个问题。我们觉得，直径大了肯定有利，因为地球的直径很大，转速很慢，有磁场出现，那么我们首先应该尽力选择大的直径。然后再尽力提高转速。实际上，我们选择的一米直径和一万转速，已经接近我们现在有把握实现的两个极限了。  

另外那个车载探测器，不知道能否承担测量很小的磁场的任务。
不知道愚石是如何论证的，那样的方法的精度是怎么估计的。
bearcat 发表于 2010-3-27 07:16

                               
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因为我们要产生的磁场大致上与地磁场垂直，如果该磁场能达到地磁场的0.0175倍，就能让电子罗盘偏转1度。而电子罗盘的分辨率是1度。留下点余量，因此我估计，如果产生的磁场能达到地磁场的0.03倍，就可以分辨出来。 如果需要更精细的测量，就需要投资购买昂贵的仪器。并且屏蔽地磁场。

买不起房子的人肃然起敬地飘过。。。背后支持LZ的人更可敬可爱，预祝LZ实验成功

回复 80# 愚石


   可是石兄说要利用地球磁场来测量啊~ 怎么要屏蔽呢~

回复 80# 愚石

另外，我的直觉告诉我，球体是最好的实验方案，盘形肯定不行，而柱形会浪费资源。
我们猜测，……

你选择实验方案居然是靠直觉？！
你分析物理过程居然是靠猜测？！
那熊可真没话说了……

既然劝不了你，只好帮你祈祷吧：
祝你见证奇迹……

回复  愚石


   可是石兄说要利用地球磁场来测量啊~ 怎么要屏蔽呢~
EMPTYMALEI 发表于 2010-3-27 09:53

                               
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我是说先用电子罗盘进行间接测量，这时要利用地磁，不能屏蔽地磁。如果不成，再考虑使用精密的磁场测量仪器进行直接测量，那时就需要考虑屏蔽地磁场。。

回复  愚石



你选择实验方案居然是靠直觉？！
你分析物理过程居然是靠猜测？！
那熊可真没话说了……::1 ...
bearcat 发表于 2010-3-27 11:53

                               
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是的，我主要是靠直觉。我觉得这很正常。杨振宁的一次演讲中也谈到（大意），直觉对于科学研究来说是极其重要的。
当初法拉第等人的电磁实验绝大多数都是靠直觉。因为那时还没有电磁理论。是这些实验推动了理论的发展。
我认为现在的地磁起源理论也还没有成熟的理论（如果认为湍流理论已经可靠，我就不会做这个实验了）。而我们的猜想更没有理论可以依靠，只能靠直觉引路。
我认为，实验推动理论和理论指导实验，这是行走于科学道路的两条腿，缺一不可。


我期待奇迹发生，但是我知道可能性不大。尽管可能性不大，也值得一试。

期待实验结果

当然，你也许应当将你的结构与，传动与驱动系统贴出来。
benlinliu 发表于 2010-3-28 18:26

                               
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使用异步电机，变频器调速。
以后会有照片的。

回复 90# 愚石 只要你转轴不平行磁力线,,会产生一个感应磁场,方向向上,比地磁会弱.
所以,建议你中心用硅钢做轴,至少要加个铁氧体棒,则感生磁场可以加强千倍以上,测量就容易许多.
负责,上太高速话,一旦大球掉下来,就杯具了.

不必太在意，对一些自我感觉良好，实际对于科学真谛并不理解的学生的观点不必太在意。
benlinliu 发表于 2010-3-28 18:26

                               
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对于你的如此评论，熊深表遗憾。

在实验方法上有分歧有争论很正常，以外的争论很没必要。

我就等结果了，什么都不懂。

回复 83# bearcat

熊这里表达的观点（如果我没理解错的话）我不甚赞同。

在我看来，靠直觉、靠猜测也无不可，科学史上，首先靠直觉、靠猜测弄出来的伟大成果不在少数，不过，之后必须得到严格的验证，或者用实验验证，或者从理论上验证。

愚石兄的直觉也许偏离了事实，猜测也很可能错了，但至少付出了实际去求证。如果他的实验失败了，我相信他会接受失败、承认错误（如同确实错了的话）。不想一些人，明明错了，却死不认账。

正像正电子所说，如果实验失败，我会坦然面对。
现在我也觉得成功的可能性并不大。只是我不想放弃哪怕百分之一的可能性。

回复 96# positron

熊从来都不否定“科学史上，首先靠直觉、靠猜测弄出来的伟大成果不在少数”。
但是，不知道你注意没有，这样的成果往往都是在刚开始构建一个领域的时候产生的。
一旦理论成熟了，在这个领域中，直觉和猜测就完全无用武之地了。

愚石提到了法拉第。
的确，在电磁学萌芽阶段的奥斯特、法拉第等实验家只需要灵感和运气就可以做出很多重要的发现。
虽然熊更推崇安培的实验风格（他的逻辑太牛了，麦克斯韦也超级推崇他），但不能否认，早期摸着石头过河的实验的确是需要一些直觉和猜测的。
但是，法拉第时期之后，过了几十年，电磁学的实验就几乎没有靠直觉设计的了。到了二十世纪初，所有的电磁实验都是被精细设计、有的放矢的了。甚至还出现了若干“思维实验”，逻辑彻底打败了直觉（密立根的情况比较复杂，这里不包括他）。

当今的物理学实验，已经不是二百年前了，每个重要实验都有理论上的前置分析和尽可能的最优化设计。
这个时候，直觉和猜测普遍集中在那些还没有被建立的领域中，所谓的“新物理”，而且都是纯理论的。（另外还有一个角落是纳米尺度的不容易计算的物理，也有一些猜测徘徊在那个领域）
所以，熊很可以理解他们作出诸如：时空是11维的啦、引力场的本质是统计啦、高能下存在超对称啦、宇宙中大部分东西都是暗物质啦……这样的猜测。因为这些领域是完全未知的，怎么猜都可以，而且保不齐哪个就是对的呢。
但是，在已经成熟到几乎全知的电磁学领域，实在没有直觉和猜测的立足之地。
现在在宏观电磁学中，唯一还不能完全计算和分析的，只有涉及非线性过程的问题。而愚石的实验看起来并不涉及这个领域。

与其在这个已经完全成熟的领域里猜测并投资实验，不如把做实验的钱发给一个会做数值模拟（譬如有限元分析技术等）的研究生，让他/她用电脑算算就知道结果了。
就算非要做实验，也要在实验之前最大限度的提高实验的效率，找出个最优设计。
熊前面说了，只要用量纲分析、对称性分析等基本方法，就可以得到一些对实验设计有用的信息，而且这些信息的可靠性非常高。
愚石基于他的直觉，拒绝用逻辑分析的方法改进实验设计。熊对此很不理解，表示惊讶。
不过没有关系，采用他的圆球的设计，只是麻烦和成本高而已，所以他的坚持并没错。

熊不打算在这个帖子的主题之外引发太多争论，所以总结观点如下：
1、愚石的实验设计很大程度上依赖直觉和猜测。在成熟的电动力学背景下，熊表示不理解，不认为这是聪明的做法。
2、熊认为愚石的球体设计对于验证他的观点不是最优的，花了一些冤枉钱和导致一些不必要的麻烦。这个观点谨供参考，虽然他显然没有参考。
3、在回复电子的观点中，熊认为，直觉和猜测在建立一个新领域的时候非常重要，而在理论成熟后就不再重要了。同时觉得，宏观金属球和稳定磁场的问题，显然是成熟理论框架下的问题。
4、有一个观点，大家肯定都认同：让我们拭目以待。熊没有做过这方面的具体计算，所以不对实验结果做直接的预测，谨祝愿愚石见证奇迹。

与其在这个已经完全成熟的领域里猜测并投资实验，不如把做实验的钱发给一个会做数值模拟（譬如有限元分析技术等）的研究生，让他/她用电脑算算就知道结果了。
bearcat 发表于 2010-3-29 14:26

                               
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问题是，早就有人用电动力学算出了这样的结果：不依赖于湍流模型，也存在地球磁场的自维持解。这已经写在了电动力学的教科书里边。我只不过是用实验验证这种可能性。因此，你的提议只能重复别人的工作。我认为不值得首先再投资于这种重复的项目。因为任何的计算都会加进去不少的简化假设，而这些简化假设会降低最后结果的可信度，即使算出的结果证明转动就能够产生磁场（就像教科书里说的那样），也不会有几个人相信。
但是，如果我能够用实验证明这种猜测，那可信度就高多了。一旦试验成功，必然会出现跟随出现很多的计算证明。
实际上，如果试验成功，我们已经做好了理论计算的准备，并且自认为知道了计算的关键点。如果试验成功，我们也准备使用计算机进行模拟计算，以便彻底弄清楚电流、电场、磁场、电荷的详细分布。

但是，在已经成熟到几乎全知的电磁学领域，实在没有直觉和猜测的立足之地。
现在在宏观电磁学中，唯一还不能完全计算和分析的，只有涉及非线性过程的问题。而愚石的实验看起来并不涉及这个领域。bearcat 发表于 2010-3-29 14:26

                               
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我也认为，现在的电动力学完全可以解决这个问题。但是，天体物理学家在地球磁场会不会跟随磁体一起转动这个问题犯了糊涂，产生了错觉，所以影响了这个问题的解决。
这个问题的关键是单极感应问题，但是天体物理学家一直厘不清这个问题。北大徐仁新教授新出的《天体物理导论》中还说单极感应问题是一个有争论的问题。这说明，这个问题并不是计算就能让人相信的。