حجر المغناطيس

الأحجار المغناطيسية هي قطع ممغنطة طبيعيًا من معدن المغنتيت . [ ^{1 ] [ 2 ] وهي} مغناطيسات طبيعية تجذب الحديد . اكتُشفت خاصية المغناطيسية لأول مرة في العصور القديمة من خلال الأحجار المغناطيسية. ^{[ 3 ]} كانت قطع الأحجار المغناطيسية، المعلقة بحيث تدور، أول بوصلات مغناطيسية ، ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]} وتدل أهميتها في الملاحة المبكرة على اسمها ، الذي يعني في الإنجليزية الوسطى "حجر المسار" أو "حجر التوجيه"، ^{[ 7 ]} من المعنى القديم لكلمة "lode " الذي يعني "رحلة، طريق". ^{[ 8 ]}

يُعدّ حجر المغناطيس أحد المعادن القليلة جدًا التي توجد ممغنطة بشكل طبيعي. ^{[ 1 ]} يتميز الماغنيتيت بلونه الأسود أو البني المائل للسواد مع وجود مسحوق أسود، وله بريق معدني وصلابة تتراوح بين 5.5 و6.5 على مقياس موس .

لطالما شكلت عملية تكوين حجر المغناطيس لغزًا في علم الجيولوجيا. لا يُعثر إلا على كمية ضئيلة من الماغنيتيت الموجود على سطح الأرض ممغنطًا على شكل حجر مغناطيس. ينجذب الماغنيتيت العادي إلى المجال المغناطيسي كما ينجذب الحديد والصلب، ولكنه لا يميل إلى أن يصبح ممغنطًا تلقائيًا؛ إذ يتميز بانخفاض إكراهه المغناطيسي ، أو مقاومته للمغنطة أو إزالة المغنطة. ^{[ 9 ]} وقد أظهر الفحص المجهري لأحجار المغناطيس أنها تتكون من الماغنيتيت (Fe3O4 ₎ مع شوائب من الماغيميت ( _Fe2O3 المكعب ) ، وغالبًا ما تحتوي على شوائب من أيونات المعادن _مثل التيتانيوم والألومنيوم والمنغنيز . [ 9 ^{] [ 10 ] [ 11} ] ^{يمنح هذا} التركيب _{البلوري} ^غير المتجانس هذا النوع من الماغنيتيت إكراهًا كافيًا للاحتفاظ بمغنطته ، وبالتالي يصبح مغناطيسًا دائمًا . ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]}

السؤال الآخر هو كيف تُمغنط الأحجار المغناطيسية . المجال المغناطيسي للأرض، بقوة 0.5 غاوس ، ضعيف جدًا بحيث لا يستطيع مغنطة حجر مغناطيسي بمفرده. ^{[ 9 ] [ 10 ]} النظرية السائدة هي أن الأحجار المغناطيسية تُمغنط بفعل المجالات المغناطيسية القوية المحيطة بالبرق . ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]} الماغنيتيت مادة مغناطيسية حديدية ، لذا يمكن للبرق أن يُرتب مجالاته المغناطيسية ويُكوّن حجرًا مغناطيسيًا. ^{[ 12 ]} يدعم هذا الملاحظةَ أن معظمها يوجد بالقرب من سطح الأرض، وليس مدفونًا على أعماق كبيرة. ^{[ 10 ]}

من أوائل الإشارات المعروفة إلى الخصائص المغناطيسية لحجر المغناطيس ما ذكره الفيلسوف اليوناني طاليس الملطي ، الذي عاش في القرن السادس قبل الميلاد ، ^{[ 13 ]} والذي نسب إليه الإغريق القدماء اكتشاف انجذاب حجر المغناطيس للحديد وأحجار المغناطيس الأخرى. ^{[ 14 ]} وقد يكون اسم "المغناطيس" مشتقًا من أحجار المغناطيس الموجودة في مغنيسيا ، الأناضول . ^{[ 15 ]} ويصف النص الطبي الهندي القديم " سوشروتا سامهيتا" استخدام الخصائص المغناطيسية لحجر المغناطيس لإزالة الأسهم المغروسة في جسم الإنسان.

أقدم إشارة أدبية صينية إلى المغناطيسية وردت في كتاب "سيد وادي الشيطان " ( غويغوزي ) الذي يعود إلى القرن الرابع قبل الميلاد. ^{[ 16 ]} وفي كتاب "لوشي تشون تشيو" التاريخي ، الذي يعود إلى القرن الثاني قبل الميلاد، ذُكر صراحةً أن "حجر المغناطيس يجذب الحديد ". ^{[ 17 ] [ 18 ]} أما أول ذكر لجاذبية الإبرة فيظهر في كتاب " لونهنغ " ( الاستفسارات المتوازنة )، الذي كُتب بين عامي 20 و100 ميلادي: "حجر المغناطيس يجذب الإبرة". ^{[ 19 ]} في القرن الثاني قبل الميلاد، كان علماء الفلك الصينيون يجرون تجارب على الخصائص المغناطيسية لحجر المغناطيس لصنع "ملعقة موجهة نحو الجنوب" للتنبؤ. فعند وضعها على صفيحة برونزية ملساء، كانت الملعقة تدور حتمًا حول محور الشمال والجنوب. ^{[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]} على الرغم من أن هذه الطريقة أثبتت فعاليتها، إلا أن علماء الآثار لم يكتشفوا بعد ملعقة حقيقية مصنوعة من المغنتيت في مقبرة هان. ^{[ 23 ]}

استنادًا إلى اكتشافه لقطعة أثرية أولمكية (قضيب مغناطيسي مُشكَّل ومُخَدَّر) في أمريكا الشمالية، يُرجِّح عالم الفلك جون كارلسون أن الأولمك ربما استخدموا حجر المغناطيس قبل أكثر من ألف عام من الاكتشاف الصيني. ^{[ 24 ]} ويتكهن كارلسون بأن الأولمك، لأغراض فلكية أو جغرافية ، استخدموا قطعًا أثرية مماثلة كأداة توجيه، أو لتوجيه معابدهم، أو مساكن الأحياء، أو مدافن الموتى. ^{[ 24 ]} وكشف تحليل مُفصَّل للقطعة الأثرية الأولمكية أن "القضيب" كان مُكوَّنًا من الهيماتيت مع صفائح من التيتانيوم من Fe2 _– xTixO3 _، وهو _ما يُفسِّر المغناطيسية المتبقية الشاذة للقطعة الأثرية. ^{[ 25 ]}

بحسب المؤرخ جوزيف نيدهام ، "أدى قرن من البحث إلى إرجاع أول ذكر للبوصلة المغناطيسية في أوروبا إلى ألكسندر نيكام حوالي عام 1190، تبعه بعد ذلك بوقت قصير غيوت دي بروفين في عام 1205 وجاك دي فيتري في عام 1269. وقد تم استبعاد جميع الادعاءات الأوروبية الأخرى من خلال دراسة مفصلة..." ^{[ 26 ]}

لطالما عُرضت الأحجار المغناطيسية كقطع أثرية قيّمة وذات مكانة مرموقة. يضم متحف أشموليان في أكسفورد حجرًا مغناطيسيًا مُزيّنًا بتاج مُذهّب، تبرّعت به ماري كافنديش عام ١٧٥٦، ربما لضمان تعيين زوجها مستشارًا لجامعة أكسفورد. ^{[ ٢٧ ]} ويُقال إن خاتم إسحاق نيوتن كان يحتوي على حجر مغناطيسي قادر على رفع ما يزيد عن ٢٠٠ ضعف وزنه. ^{[ ٢٨ ]} وفي لندن خلال القرن السابع عشر، عرضت الجمعية الملكية حجرًا مغناطيسيًا كرويًا قطره ١٥ سم (يُعرف باسم " الأرض الصغيرة")، استُخدم لتوضيح المجالات المغناطيسية للأرض ووظيفة بوصلات البحارة. ^{[ 29 ]} لاحظ أحد الكتاب المعاصرين، وهو الكاتب الساخر نيد وارد ، كيف أن التيريللا "جعلت ورقة من برادة الصلب تغرز نفسها فوق بعضها البعض، حتى وقفت مدببة مثل شعيرات القنفذ ؛ وأعطت حياة وبهجة لحزمة من الإبر، حتى أنها رقصت [...] كما لو كان الشيطان بداخلها." ^{[ 30 ]} 

• "حجر المغناطيس" ، من موقع "المغناطيس العظيم، الأرض" ، الذي أُنشئ لإحياء الذكرى السنوية الـ 400 لـ " دي ماغنيت".