磁单极子是否存在？著名物理学家从理论进行预测

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。

经典理论

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。

量子理论

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。

但是，与其将其作为电荷量化的预测，我们还可以将其翻转：如果电荷被量化，磁单极子的存在就是可能的。电荷被证明是量子化的，所以量子力学实际上并不禁止单极子。

大统一理论

在电弱理论中，希格斯场是一个标量场，它到处都有两个复杂的值，这两个“自由度”的相互作用赋予了希格斯粒子质量。在最简单的大统一理论中，希格斯场有三个自由度而不是两个。这意味着场可以有点像矢量，即使它真的不是矢量。它可以有一个指向特定方向的内部箭头——不是指向物理空间，而是指向这三个自由度的空间。

1974年，Gerard t’Hooft 和 Alexander Polyakov同时提出，希格斯场的某些点可以形成一些结——场箭头的指向都远离那个点，这些是拓扑不连续点，不能通过空间的平滑变形来移除的点。事实证明，在大统一理论中，希格斯场中的这些结表现为带有磁荷的粒子——磁单极子，它们应该是非常大的，并且应该在极高能量的环境中自发形成，例如在非常早期的宇宙中。

早在1982年，物理学家Blas Cabrera Navarro 在他的斯坦福实验室建立了一个超导线圈，并设法探测到狄拉克预测的磁单极子，但未能成功。在大型强子对撞机上也有几个不同的实验，同样也未能发现磁单极子。大型强子对撞机所能达到的能量比大统一理论预测的产生单极子所需的能量低约1000 亿倍。人们还寻找来自太空的磁单极子，但同样，目前还没有令人信服的证据。