电和磁有许多相似之处:带电体周围有电场,磁体周围有磁场:同种电荷相斥,异种电荷相吸,同名磁极也相斥,异名磁极也相吸:变化的电场能激发磁场,变化的磁场也能激发电场…似乎电和磁是一对对称而和谐的“佳偶”.
然而,电和磁一个最大的不同点就是:正、负电荷可以单独存在;而磁体的两极总是成对出现,无论磁针被分割成多少部分,无论把它分割得多么小,每一部分总是两极对立,共存共亡.
1931年,刚刚对“正电子”的存在做出预言的
英国物理学家狄拉克认为,既然电有基本电荷--电子存在,磁也应有基本磁荷---磁单极子(用g0}表示) 存在,这样,电磁现象的完全对称性就可以得以保证. 因此,他根据电动力学和量子力学的合理推演,前所未有地把磁单极子作为一种新粒子提出来,并指出磁单极子的磁荷是量子化的,不仅使麦克斯韦方程具有完全对称的形式,而且根据磁单极子的存在,电荷的量子化现象也可以得到解释.
天
hc
狄拉克通过运算得到80二=68.5e,基本磁荷2e
80比基本电荷e大得多,这意味着异性磁荷之间的吸引力比起异性电荷之间的吸引力要强得多,必须在很强的外力作用下才能把成对的相反磁荷分开. 随着磁单极子的提出,人们绞尽脑汁,采用各种各样的方法寻找这种理论上的磁单极子,在实验室内,可以利用高能加速器加速核子来冲击原子核,使原来紧密结合的正负磁单极子分离,然后用核乳胶记录它们,尽管实验很多次,但得到的都是否定的结果,人们又到大自然中去寻找磁单极子,例如,露出地面的铁矿石和铁陨石碎片,海底、矿山、深海沉积物和地球大气等,以及月球上,结果都是以失望告终.
在对磁单极子进行寻找的过程中,人们“收获”到的总是一次又一次的失望. 不过也曾不时地闪现过一两次美妙的希望曙光.例如,1982年,美国物理学家凯布雷拉宣布,在他的实验中发现了一个磁单极子.实验所得的数据与磁单极子理论所提出的磁场单极子产生的条件基本吻合.不过由于以后没有重复观察到类似于那次实验中所观察到的现象,所以这一事例还不能确证磁单极子的存在.
理论上虽然证明了磁单极子的存在,但目前既有赞成者,也有反对者.赞成这一理论的,不乏非常杰出的物理学家.他们认为,磁单极子是存在的,但它们成对结合得太紧密了,现在所有的高能质点尚不能把它们轰开,持否定态度的也大有人在,并且能提出这样或那样的理由加以论证,其中特别应该指出的是到了晚年的狄拉克本人,也不完全相信磁单极子真的存在. 考虑到磁单极子对物理学所产生的巨大影响,完全值得不遗余力地去寻找
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