不存在還是早已飛離銀河系?磁單極子,你在哪裡?

19世紀,著名物理學家麥克斯韋發現,光、電和磁三個外表看似風水馬牛不相及的事物,在本質上是統一的。物理學家因此受到極大鼓舞,他們大膽推測,構成宇宙的四大力(電磁力、萬有引力、弱力和強力)也應是統一的;與(靜)電場由電荷產生類似,(靜)磁場也是由磁荷或磁單極子產生的。推測歸推測,理論歸理論,磁單極子的實物探索一直未有進展,人們開始懷疑,磁單極子的假說是否只是個幌子?或者,磁單極子是像幽靈般不穩定的?甚至有人認為,它早已飛離銀河系。

不存在還是早已飛離銀河系?磁單極子,你在哪裡?

磁性是人類在幾千年前就發現了的。按照現代科學,它產生於電荷的運動,並非緣於像存在電荷那樣,存在磁荷。在人類實踐活動迄今所能及的範圍,科學家發現磁體的磁極總是成對出現的,沒有分離的磁單極,不像電性那樣能顯示分離的正(電荷)極性或負(電荷)極性。為什麼自然界要有這種非對稱性?科學家大都“討厭"這種非對稱性,有人認為,宇宙其實是電、磁完全對稱的。英國著名物理學家狄拉克也用極精美的數學物理公式預言,磁荷確實存在,其最低磁荷值約相當於電子電荷的100倍。

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磁單極子對周圍物質有很強的吸引力,在感光底板上會留下又粗又黑的痕跡。美國的一個科研小組,用氣球將感光底板送到空氣極其稀薄的高空,經過幾晝夜宇宙射線的照射,發現在感光底板上有又粗又黑的痕跡,這個小組於是突然在一次國際會議上聲稱,他們找到了磁單極子。後來經仔細研究,認定那是重離子在感光底板上留下的痕跡,並非磁單極子的。科學家又企圖在加速器產生出來的粒子中找尋磁單極子,並採用了多種方法和現代最新的精密儀器,結果都未能如願,最後,無論在地球物質中,還是在天體物質裡,均未發現磁單極子。

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科學家雖然在實驗上找尋磁單極子時總“敗興而歸”,但在理論上預言存在磁單極子卻時有新招。海嘯是一種駭人的自然現象,它常導致海洋中產生一種異常穩定的孤立波,即孤粒子,它在波濤滾滾的大海中幾乎永保自己的波形和能量,不停地湧向遠方。前蘇聯物理學家鮑爾雅科夫和荷蘭科學家特霍夫脫在研究弱力和電磁力的統一性時發現,在弱電場中會發生“場嘯”,每次場嘯將產生與孤粒子類似的粒子,每個粒子帶一個單獨的磁極(南極或北極)。弱電場理論嶄新的姿態再次提出了磁單極子假說。當然,磁單極子的產生是有條件的,它不是弱電場方程的一般解,而是特殊解。只有當粒子質量足夠大,約為質子的10000倍時,弱電場方程才存在磁單極解。

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大統一理論預言的這種磁單極子,實際上很難發現。在人類活動所及的範圍內,大多數磁單極子應是慢粒子,那些“精力充沛的”快磁單極子早已飛離銀河系,消失在無邊無際的宇宙空間。今天的磁單極子已成了解決一系列涉及微觀世界和宏觀世界重大問題的突破口,也是人類實現大統一理論的關鍵。

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