Какое самое сильное магнитное поле возможно? Есть ли предел?

Не существует твердо установленного фундаментального ограничения на напряженность магнитного поля, хотя экзотические вещи начинают происходить при очень высокой напряженности магнитного поля.

Магнитное поле оказывает боковую силу на движущийся электрический заряд, заставляя его поворачиваться вбок. Пока действует магнитное поле, это вращение продолжается, заставляя электрический заряд перемещаться по спирали. Двигаясь по спирали, электрический заряд действует как маленький ориентированный постоянный магнит и поэтому отталкивается от областей с высоким градиентом магнитного поля. 

Следовательно, электрические заряды имеют тенденцию скручиваться по спирали вокруг силовых линий магнитного поля и отталкиваться от областей, где линии магнитного поля сгущаются. Эти два эффекта заставляют электрические заряды задерживаться вдоль силовых линий магнитного поля. Примеры этого эффекта включают ионы, захваченные в ионосфере Земли, излучение, захваченное радиационными поясами Земли, горячая плазма, петляющая по поверхности Солнца в солнечных протуберанцах,

Чем сильнее становится магнитное поле, тем сильнее электрический заряд толкается в сторону магнитным полем, тем быстрее и сильнее он вращается по спирали по кругу и тем сильнее он отталкивается от областей с высоким градиентом магнитного поля. 

Интересно, что все нормальные объекты состоят из атомов, а все атомы состоят из электрических зарядов: электронов и протонов. Следовательно, достаточно сильные магнитные поля способны деформировать и даже ломать объекты. Когда магнитное поле становится сильнее, чем примерно 500 000 Гаусс, объекты разрываются на части под действием его силы. 

По этой причине ученые не могут построить машину, которая создает магнитное поле сильнее 500 000 Гаусс. Поэтому достаточно сильные магнитные поля разрушают объекты, какими мы их знаем. Обратите внимание, что магнитные поля, используемые в медицинских сканерах МРТ, намного слабее (до 70 000), чем 500 000 Гаусс, и при правильном использовании совершенно безопасны.

В то время как деструктивная природа сильных магнитных полей накладывает практический предел на то, насколько сильное поле могут создать люди, она не устанавливает фундаментального ограничения. Магнитные поля, которые превышают миллиард Гаусс, настолько сильны, что сжимают атомы до крошечных иголок, разрушая обычные химические связи, которые связывают атомы в молекулы, и делая химию, которую мы знаем, невозможной. 

Каждый атом сжимается в форму иглы, потому что электроны, заполняющие большую часть атома, вынуждены под действием магнитного поля вращаться по крошечным кружкам. Хотя такие чрезвычайно сильные магнитные поля невозможны на Земле, они существуют в сильно намагниченных звездах, называемых магнетарами. Магнетар — это нейтронная звезда, оставшаяся после сверхновой. Интенсивное магнитное поле магнетара создается сверхпроводящими токами протонов внутри нейтронной звезды.

Сверхсильное магнитное поле может:

• искажать и увеличивать изображения («магнитное линзирование»);
• изменить собственную энергию электронов;
• заставляют фотоны быстро расщепляться и сливаться друг с другом;
• искажать атомы в длинные тонкие цилиндры и молекулы в прочные, похожие на полимеры цепочки;
• увеличить плотность пар в тепловых парно-фотонных газах;
• сильно подавлять фотон-электронное рассеяние;
• сделать сам вакуум нестабильным;

В самом крайнем случае, достаточно сильное магнитное поле гипотетически может образовать черную дыру. Общая теория относительности говорит нам, что и энергия, и масса искривляют пространство-время. Следовательно, если вы получаете достаточно энергии в одной области, вы искривляете пространство-время настолько, чтобы образовалась черная дыра. 

Черная дыра не разрушает магнитное поле, она просто ограничивает его. В настоящее время неизвестно, возможно ли это на самом деле, поскольку могут быть неизвестные механизмы, которые ограничивают магнитное поле, когда-либо становящееся настолько сильным.

Некоторые неподтвержденные расширения текущих теорий заявляют, что существует фундаментальный предел силы магнитного поля. Например, если магнитное поле станет слишком сильным, оно может создать магнитные монополи из вакуума, которые ослабят магнитное поле и не позволят ему стать еще сильнее.

Однако, поскольку в настоящее время нет доказательств того, что магнитные монополи действительно существуют, этот предполагаемый предел, вероятно, не является реальным. 

Возможно, когда-нибудь мы обнаружим фундаментальный предел напряженности магнитного поля, но в настоящее время нет экспериментальных доказательств или хорошо обоснованного теоретического предсказания, что такой предел существует.

Типичные значения магнитного поля:

• 10⁻⁹ — 10⁻⁸ Гс — магнитное поле человеческого мозга
• 10⁻⁶ — 10⁻³ Гс — магнитное поле галактических молекулярных облаков.
• 0,25 — 0,60 Гс — магнитное поле Земли на ее поверхности
• 25 Гс — магнитное поле Земли в ее ядре
• 50 Гс — магнитное поле магнита с холодильника
• 100 Гс — железный магнит
• 1500 Гс — в солнечном пятне
• 10000 — 13000 Гс — остаточный магнетизм неодимового магнита (NIB)
• 3000 — 70000 Гс — магнитное поле медицинского томографа
• 10¹² — 10¹³ Гс — магнитное поле на поверхности нейтронной звезды
• 10¹⁴ Гс — магнитное поле магнетара SGR J1745-2900, вращающегося вокруг сверхмассивной черной дыры Sgr A * в центре Млечного Пути
• 10¹⁵ Гс — магнитное поле некоторых новообразованных магнетаров
• 10¹⁷ Гс — верхний предел магнетизма нейтронных звезд