Bei einem der Rätsel musste man ein Plättchen aus einem bestimmten Material über ein Gleis schweben lassen, um einen Sensor zu treffen. Das funktionierte nur bei genau einem der Plättchen, nämlich dem aus Graphit. Einige haben vielleicht schon vermutet, dass Magnete im Spiel waren, was auch stimmt, denn die Gleise sind magnetisch. Allerdings reicht einfacher Magnetismus nicht aus. Es ist zwar einfach, einen Magneten dazu zu bringen, einen anderen wegzudrücken und dabei sogar die Schwerkraft zu überwinden, aber das führt nicht unbedingt zu einem Auftrieb. Eine zusätzliche Bedingung ist die Stabilität. Wenn Sie die Möglichkeit haben, versuchen Sie, einen Magneten über einem anderen schweben zu lassen. Sie werden schnell feststellen, dass dies sehr schwierig ist. Für normale Magnete ist es nicht nur extrem schwierig, ein stabiles Schweben zu erreichen, sondern es ist nachweislich unmöglich! Daher ist ein anderes physikalisches Konzept erforderlich, der Diamagnetismus. Dies ist eine Eigenschaft, die alle Gegenstände bis zu einem gewissen Grad haben. Sie führt dazu, dass das Material einem angelegten Magnetfeld entgegenwirkt, und ist das Ergebnis einer der Maxwellschen Gleichungen, die den Elektromagnetismus beschreiben. Sie besagt, dass als Reaktion auf ein Magnetfeld ein Strom entsteht, der dem Feld entgegenwirkt. Da jedes Material teilweise aus Elektronen besteht, erzeugt es etwas Ähnliches. Dieser Strom führt zu einem Magnetfeld, das dem ursprünglichen Feld entgegenwirkt. Da es einem externen Feld in jeder Richtung entgegenwirkt, führt dieser Prozess zu einer stabilen Levitation. Allerdings zeigt nicht jeder Stoff diesen Effekt in gleichem Maße. Bei vielen Materialien, wie z. B. Eisen, überwiegen andere Effekte, wie z. B. Ferromagnetismus. Das Ausmaß des Diamagnetismus hängt von der genauen Zusammensetzung ab. Die genauen Mechanismen sind zwar kompliziert, aber im Allgemeinen sind kreisförmige Strukturen von Vorteil, da sie einen einfacheren Stromfluss ermöglichen. Betrachtet man die Molekularstruktur von Graphit, so stellt man fest, dass seine kristalline Struktur sehr kreisförmig ist, weshalb der diamagnetische Effekt bei dieser Platte besonders stark ist.
Konkret bedeutet dies, dass das Magnetfeld so verändert wird, dass eine Art stabile Blase um die Platte entsteht. Dazu muss man zunächst verstehen, wie Magnetfelder normalerweise aussehen. Ein einzelner Magnet in der Bahn erzeugt ein normales Magnetfeld, das etwa so aussieht wie in der Skizze unten. Es ist zwar schwierig, vom Magnetfeld direkt auf die Kraft zu schließen, die ein anderer Magnet erfährt, aber im Allgemeinen gilt: Je dichter die Linien sind, desto stärker ist die Kraft. Um genau zu sein, bestimmt der Gradient die Stärke der Anziehung.
n der eigentlichen Schiene kommen viele dieser Magnete zusammen, wobei abwechselnd die Seite des Magneten nach oben zeigt, um eine stabile Schiene zu gewährleisten.
Zur Veranschaulichung nehmen wir nun an, dass das Magnetfeld, in dem die Platte schwimmt, homogen ist. Das ist nicht nur offensichtlich nicht der Fall, wenn man sich das Bild der Bahn oben ansieht, sondern sie würde nicht einmal in einer vollkommen homogenen Krümmung schweben. Da die Kraft, wie bereits erläutert, von der Steigung des Magnetfeldes abhängt, braucht sie eine konstante Steigung, um der Schwerkraft entgegenzuwirken und somit zu schweben. Dieser Gradient ist nur in einer bestimmten Höhe gegeben, weshalb er immer in der gleichen Höhe fliegt. Das ist auch der Grund, warum er bestimmte Positionen lieber mag, weil er dort leichte Buckel überwinden muss. Diese komplexen Feldlinien sind jedoch zu kompliziert zu zeichnen, daher verwenden wir ein homogenes Feld, um zu beschreiben, wie der Diamagnet das Magnetfeld beeinflusst. Die obere Skizze entspricht einer Situation, in der eine Münze oder ein anderer Nicht-Diamagnet verwendet wird.
Im Falle eines Diamagneten werden die Feldlinien ein wenig um ihn herum gebogen, wie im unteren Bild zu sehen ist, wodurch eine stabile Tasche entsteht, in der die Platte stabil schweben kann. Natürlich ist dies alles nur eine Vereinfachung, da Randeffekte ignoriert wurden und, wie bereits erwähnt, das reale Feld nicht homogen ist. Es ist sehr schwierig, dieses Konzept gründlich zu verstehen, da es eine große Menge an Wissen über Magnetismus im Allgemeinen erfordert. Die folgenden Ressourcen können hilfreich sein, um ein Verständnis aufzubauen:
Magnetism and electromagnetism | AP®︎/College Physics 2 | Khan Academy