當前位置:首頁>科技>磁單極子是否存在?著名物理學家從理論進行預測
發布時間:2025-10-27閱讀(1)
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現在再拿一根金屬棒,用磁鐵磁化它,我們會得到一個與偶極子電場非常相似的偶極子磁場。但如果我們再把這個金屬棒分成兩半,每一半的末端仍然是北極和南極,仍然會產生一個偶極場。根據經典的電磁學,無論對金屬棒切割多少次都沒有關系,我們永遠不會得到孤立的磁荷,也就是磁單極子。
早在1269年,法國學者Petrus Peregrinus de Marincourt首次進行了這項磁體切片實驗,這是在我們知道磁體產生原理之前。如今,我們知道磁性從何而來,我們對減半的磁鐵會產生兩個更小的磁鐵并不感到驚訝。在鐵磁體中,磁場是磁鐵原子中無數微小排列的電子偶極子場的總和。產生偶極子磁場的另一種流行方法是電磁體,根據經典電動力學,移動電荷是磁場的來源。 經典理論物理學家默里·蓋爾曼說:“所有不被禁止的都是強制性的。”這意味著如果物理理論的數學允許它的存在,那么它就存在于自然界中。麥克斯韋方程中沒有任何東西真正表明磁單極子不存在,除了麥克斯韋將磁荷設為零這一事實,因為他不相信它存在。但原則上磁單極子可以存在,至少根據經典理論。(www.wS46.com) 量子理論論點的第二部分是在什么條件下無法檢測到該弦。磁場會影響帶電粒子,在量子力學中,這是通過改變粒子波函數的相位來實現的。想象一個帶電粒子經過狄拉克弦,比如一個電子。要繪制該軌跡,需要將電子的所有可能路徑相加,包括在弦上向左和向右的路徑。弦的存在及其磁場應該會根據電子通過弦的哪一側引入不同的相移,這實際上會對電子的路徑產生明顯的影響。換句話說,該弦將是可檢測的。 但是,與其將其作為電荷量化的預測,我們還可以將其翻轉:如果電荷被量化,磁單極子的存在就是可能的。電荷被證明是量子化的,所以量子力學實際上并不禁止單極子。 大統一理論在電弱理論中,希格斯場是一個標量場,它到處都有兩個復雜的值,這兩個“自由度”的相互作用賦予了希格斯粒子質量。在最簡單的大統一理論中,希格斯場有三個自由度而不是兩個。這意味著場可以有點像矢量,即使它真的不是矢量。它可以有一個指向特定方向的內部箭頭——不是指向物理空間,而是指向這三個自由度的空間。
1974年,Gerard t’Hooft 和 Alexander Polyakov同時提出,希格斯場的某些點可以形成一些結——場箭頭的指向都遠離那個點,這些是拓撲不連續點,不能通過空間的平滑變形來移除的點。事實證明,在大統一理論中,希格斯場中的這些結表現為帶有磁荷的粒子——磁單極子,它們應該是非常大的,并且應該在極高能量的環境中自發形成,例如在非常早期的宇宙中。 早在1982年,物理學家Blas Cabrera Navarro 在他的斯坦福實驗室建立了一個超導線圈,并設法探測到狄拉克預測的磁單極子,但未能成功。在大型強子對撞機上也有幾個不同的實驗,同樣也未能發現磁單極子。大型強子對撞機所能達到的能量比大統一理論預測的產生單極子所需的能量低約1000 億倍。人們還尋找來自太空的磁單極子,但同樣,目前還沒有令人信服的證據。 |
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