地球磁力線，地球南北極形成磁偶極子，單獨的“南極”或‘北極’不會存在。

總所周知，宇宙中只有四種不同的類型的基本力：引力，電磁力以及強弱核力。是什麼導致這些力存在？ 在每種情況下，物質都有一個潛在的基本屬性，使相互作用得以發生：對於引力，它是質量；對於電磁，它是電荷； 對於強核力，它是色荷；對於弱核力，它是弱超電荷，但不一定非要這樣！電磁中不僅可能有電荷在起作用，而且還有磁場。 但是由於某種原因，宇宙並不是一 一對應的，即我們的宇宙是一個不對稱的宇宙。

圖中，左為對稱，右為非對稱

我們從牛頓第三定律得知，在引力作用下，任何物體施加在另一物體上的力均相等，並且與第二物體施加在第一物體上的力相反。對於電荷，同樣如此，相互間的作用力與反作用力大小相等，方向相反，根據電荷的符號，電力可以為正也可以為負。另外，電力與另一種力密切相關：磁力。

電場中存在正電荷和負電荷，這些遵循一個共同的規則，同性電荷相排斥，異性電荷相吸引，磁場也有南極和北極之分，同性磁極相排斥，異性磁極相互吸。雖然，看似電與磁存在相似性，但從某種意義上講，磁場與電場有著本質區別：

• 在電場中，您可以將許多電荷放置在一起，正電荷或負電荷可以獨立存在，就像電子一樣。
• 在磁場中，可以將許多磁極放置在一起，但是您不可能獲得單磁極，南北極必須同時存在。

在物理學中，當相距很近的符號相反的一對電荷或磁極連接在一起時，我們稱其為偶極子，而當我們單獨有一個電荷或磁極時，則稱其為單極子。

引力（左）和電的“電荷”及其作用力（右）。

引力單極子很容易獲得：它只是一個質量。 電單極子也很容易：任何帶電荷的基本粒子（例如電子或夸克）都可以。 但是磁單極子？ 據我們所知，它們不存在。 但是，如果確實如此，我們的宇宙將大為不同。想想，一會兒，電和磁是如何關聯的。

如果有電荷移動（也稱為電流），它會產生一個垂直於電荷運動的磁場。 如果有一條直的電線流過電流，它會在電線周圍產生一圈磁場，而如果將載流電線彎曲成環形或線圈，則會在內部產生磁場。

電磁感應的概念，通過條形磁鐵和導線環進行說明。

事實證明，這是雙向的。眾所周知，物理定律趨於對稱。這意味著如果有一個線圈，並且改變了線圈內部的磁場，它將在線圈中產生電流，從而導致電荷移動！這就是電磁感應的原理，由邁克爾·法拉第（Michael Faraday）於150多年前發現。

因此，您可以獲得電荷、電流和電場，但是宇宙中沒有磁荷或磁流，只有磁場。可以通過改變磁場使電荷移動，但無法通過變化電場來使磁荷移動，因為宇宙中沒有磁荷。同樣，您可以通過移動電荷來創建磁場，但是不能通過移動磁荷來創建電場，原因也是宇宙中沒有磁荷。

換句話說，我們宇宙的電磁性質之間存在根本的不對稱性。這就是為什麼麥克斯韋的“ E”和“ B”場（電場和磁場）方程看上去如此不同的原因。

我們今天在宇宙中的麥克斯韋的方程

這些方程式看起來如此不同的原因是因為存在電荷（ρ和Q）和電流（J和I），但是不存在它們的磁性對應物。 如果將電荷和電流帶走，它們將是對稱的，只取決於與它們相關的一些基本常數。

但是，如果確實存在磁荷和磁流該怎麼辦？ 一個多世紀以來，物理學家一直在想知道這個問題，並且假設他們找到了磁荷和磁流，我們可以寫下如果存在諸如磁單極子之類的麥克斯韋方程組。 下面是它的樣子（僅以差分形式）。

麥克斯韋方程組的電/磁對稱形式，其中存在電源和磁源。

同樣，除了一些基本常數之外，這些方程現在看起來非常對稱！我們可以簡單地通過改變電場來使磁荷移動，我們可以簡單地通過這樣做來產生磁流並感應出電場。狄拉克（Dirac）在1931年預言，磁單極是存在的。但是人們普遍認為，如果存在的話，它們應該留下一些蛛絲馬跡。然而，這沒有引起科學家們重視，因為物理學的核心是實驗科學，沒有磁單極的任何證據，很難證明它們的合理性。

但這在20世紀70年代開始改變了。人們正在嘗試“大統一理論”，或者正在嘗試我們目前看到的與自然更加對稱的思想。在今天，這些對稱性可能被嚴重破壞，導致我們的宇宙具有四個獨立的基本力，但也許它們都以某種高能量統一成了一個獨特的力？所有這些理論都有一個結果，就是存在新的高能粒子，並且在許多化身中，據預測存在磁單極子（特別是t Hooft / Polyakov單極子）。

磁單極子的概念，其發射磁場線的方式與隔離電荷發射電場線的方式相同。

對於物理學家來說，尋找磁單極子很有魔力，不斷有新的理論誕生，這引起了人們的興趣。因此，在20世紀70年代，物理學家們一直在尋找磁單極，而最著名的搜索是由一個叫布拉斯·卡布雷拉（Blas Cabrera）的物理學家領導的實驗搜索。他用一根長超導電線繞了八圈，製成一個超導線圈，旨在用來測量通過它的磁通量。如果磁單極子通過它，他會得到正好八個磁子的信號。但是，如果一個標準的偶極字磁鐵穿過它，他會得到+8的信號，緊接著會得到-8信號的其中一個，這樣他就能把這些區分開來。

因此，他製造了此實驗儀器並等待實驗結果。該儀器並不完美，有時其中一個迴路會發送信號，在更罕見的情況下，兩個迴路同時發送信號。但是需要八個（正好八個）才能使其成為磁單極子。該實驗儀器從未檢測到三個或更多。該實驗進行了幾個月，但沒有成功，最終被降級為每天只進行幾次檢查。 1982年2月，在情人節那天，布拉斯·卡布雷拉沒有來實驗室，當他15日回到實驗室時，他驚訝地發現計算機在1982年2月14日恰好記錄了該實驗裝置發出的八個磁子信號。

用於移動磁單極子的超導探測器的初步結果

這一發現在整個科學界引起軒然大波，引起了科學家們得極大的興趣。 建造了具有更大表面積和更多回路的巨型實驗設備，但是儘管進行了廣泛的搜索，但從未見過另一個單極子。 斯蒂芬·溫伯格（Stephen Weinberg）甚至於1983年2月14日為布拉斯·卡布雷拉（Blas Cabrera）寫了一首詩：

“玫瑰是紅色的，紫羅蘭是藍色的，是單極子時間了，第二！”

但是第二個單極沒有出現。難道是我們宇宙中唯一的一個單磁單極子，正巧通過布拉斯·卡布雷拉的探測器嗎？ 由於我們從未發現過另一個磁單極，因此不可能知道，但是科學必須具有可複製性才能被接受。 而且該實驗根本無法複製。時至今日，實驗仍在尋找它們，但極限卻異常低。

磁單極現狀與展望

宇宙很巧妙，而且正如我們所期望的那樣，宇宙並非對稱，並非在所有層面上都對稱。那不是誰的錯，這就是我們宇宙本來的樣子。我們應該接受它的真實狀態，總比讓我們誤入歧途更好。