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磁单极子是否存在?著名物理学家从理论进行预测

科学探索万象经验2023-05-08

现在再拿一根金属棒,用磁铁磁化它,我们会得到一个与偶极子电场非常相似的偶极子磁场。但如果我们再把这个金属棒分成两半,每一半的末端仍然是北极和南极,仍然会产生一个偶极场。根据经典的电磁学,无论对金属棒切割多少次都没有关系,我们永远不会得到孤立的磁荷,也就是磁单极子。

早在1269年,法国学者Petrus Peregrinus de Marincourt首次进行了这项磁体切片实验,这是在我们知道磁体产生原理之前。如今,我们知道磁性从何而来,我们对减半的磁铁会产生两个更小的磁铁并不感到惊讶。在铁磁体中,磁场是磁铁原子中无数微小排列的电子偶极子场的总和。产生偶极子磁场的另一种流行方法是电磁体,根据经典电动力学,移动电荷是磁场的来源。

物理学家默里·盖尔曼说:“所有不被禁止的都是强制性的。”这意味着如果物理理论的数学允许它的存在,那么它就存在于自然界中。麦克斯韦方程中没有任何东西真正表明磁单极子不存在,除了麦克斯韦将磁荷设为零这一事实,因为他不相信它存在。但原则上磁单极子可以存在,至少根据经典理论。

论点的第二部分是在什么条件下无法检测到该弦。磁场会影响带电粒子,在量子力学中,这是通过改变粒子波函数的相位来实现的。想象一个带电粒子经过狄拉克弦,比如一个电子。要绘制该轨迹,需要将电子的所有可能路径相加,包括在弦上向左和向右的路径。弦的存在及其磁场应该会根据电子通过弦的哪一侧引入不同的相移,这实际上会对电子的路径产生明显的影响。换句话说,该弦将是可检测的。