🐸 Живая лягушка левитирует в магнитном поле ~16 Тесла

Это один из самых наглядных экспериментов в физике, демонстрирующий силу диамагнетизма. Речь идет об опыте, который поставил Андрей Гейм (будущий нобелевский лауреат за графен) и его коллеги. В отличие от жидкого кислорода, который является парамагнетиком и втягивается в магнитное поле, лягушка (как и все живые организмы, состоящие в основном из воды) является диамагнетиком и из него выталкивается. На видео живая, абсолютно невредимая лягушка. Сообщается, что она не испытывала дискомфорта, а ощущения были похожи на плавание в воде.

Использовался очень мощный соленоид Биттера в лаборатории сильных магнитных полей Неймегена (Нидерланды). Он создавал поле с индукцией около 16 Тесла (для сравнения, поле обычного магнита на холодильник примерно в 800 раз слабее). Лягушку помещали в вертикальное отверстие (диаметром около 32 мм) внутри работающего соленоида. Под действием силы диамагнитного выталкивания, направленной вверх и уравновешивающей силу тяжести, она начинала свободно парить.

Когда диамагнетики (вода) попадают во внешнее поле, в их атомах индуцируются слабые круговые токи, которые создают поле, направленное строго против внешнего. Из-за этого взаимодействия возникает сила отталкивания, стремящаяся вытолкнуть предмет из области сильного поля. У большинства материалов, как у воды, этот эффект невероятно слаб. Чтобы заставить диамагнетик взлететь, сила отталкивания должна превысить его вес. Именно для этого и нужно поле в 16 Тесла — чтобы крошечный эффект, присущий каждому атому лягушки, в сумме смог преодолеть гравитацию.

🔵 Интересный нюанс: Вы могли слышать про теорему Ирншоу, которая утверждает, что стабильная левитация объекта только с помощью постоянных магнитов невозможна. Но диамагнетизм — это индуцированный магнетизм, который меняется в зависимости от поля, поэтому эта теорема здесь не работает.

Этот опыт стал знаменитым не только из-за своей необычности. Он отлично иллюстрирует "философию пятничных вечеров" в науке, когда исследователи делают что-то из чистого любопытства. Андрей Гейм, поставивший этот эксперимент, спустя 4 года получил Нобелевскую премию за создание графена. Сам же принцип диамагнитной левитации используется в более серьезных задачах, например, для удержания сверхпроводников в магнитном поле (эффект Мейснера) или для создания "магнитной Архимедовой силы" для разделения материалов. Это действительно удивительное видео, которое показывает, что магниты могут взаимодействовать абсолютно со всеми веществами, просто для того, чтобы заметить этот эффект на знакомых нам предметах, нужны экстремальные условия.