科学家能找到第二个磁性单极子吗?

摘要:北京时间20191109关于【科学家能找到第二个磁性单极子吗?】的具体情况和说明,让www.zrhrrl.cn新闻频道以图文形式为您慢慢道来。

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地球磁力线,地球南北极形成磁偶极子,单独的“南极”或‘北极’不会存在。

总所周知,宇宙中只有四种不同的类型的基本力:引力,电磁力以及强弱核力。是什么导致这些力存在? 在每种情况下,物质都有一个潜在的基本属性,使相互作用得以发生:对于引力,它是质量;对于电磁,它是电荷; 对于强核力,它是色荷;对于弱核力,它是弱超电荷,但不一定非要这样!电磁中不仅可能有电荷在起作用,而且还有磁场。 但是由于某种原因,宇宙并不是一 一对应的,即我们的宇宙是一个不对称的宇宙。

图中,左为对称,右为非对称

我们从牛顿第三定律得知,在引力作用下,任何物体施加在另一物体上的力均相等,并且与第二物体施加在第一物体上的力相反。对于电荷,同样如此,相互间的作用力与反作用力大小相等,方向相反,根据电荷的符号,电力可以为正也可以为负。另外,电力与另一种力密切相关:磁力。

电场中存在正电荷和负电荷,这些遵循一个共同的规则,同性电荷相排斥,异性电荷相吸引,磁场也有南极和北极之分,同性磁极相排斥,异性磁极相互吸。虽然,看似电与磁存在相似性,但从某种意义上讲,磁场与电场有着本质区别:

在电场中,您可以将许多电荷放置在一起,正电荷或负电荷可以独立存在,就像电子一样。

在磁场中,可以将许多磁极放置在一起,但是您不可能获得单磁极,南北极必须同时存在。

在物理学中,当相距很近的符号相反的一对电荷或磁极连接在一起时,我们称其为偶极子,而当我们单独有一个电荷或磁极时,则称其为单极子。

引力(左)和电的“电荷”及其作用力(右)。

电磁感应的概念,通过条形磁铁和导线环进行说明。

事实证明,这是双向的。众所周知,物理定律趋于对称。这意味着如果有一个线圈,并且改变了线圈内部的磁场,它将在线圈中产生电流,从而导致电荷移动!这就是电磁感应的原理,由迈克尔·法拉第(Michael Faraday)于150多年前发现。

因此,您可以获得电荷、电流和电场,但是宇宙中没有磁荷或磁流,只有磁场。可以通过改变磁场使电荷移动,但无法通过变化电场来使磁荷移动,因为宇宙中没有磁荷。同样,您可以通过移动电荷来创建磁场,但是不能通过移动磁荷来创建电场,原因也是宇宙中没有磁荷。

换句话说,我们宇宙的电磁性质之间存在根本的不对称性。这就是为什么麦克斯韦的“ E”和“ B”场(电场和磁场)方程看上去如此不同的原因。

我们今天在宇宙中的麦克斯韦的方程

这些方程式看起来如此不同的原因是因为存在电荷(ρ和Q)和电流(J和I),但是不存在它们的磁性对应物。 如果将电荷和电流带走,它们将是对称的,只取决于与它们相关的一些基本常数。

但是,如果确实存在磁荷和磁流该怎么办? 一个多世纪以来,物理学家一直在想知道这个问题,并且假设他们找到了磁荷和磁流,我们可以写下如果存在诸如磁单极子之类的麦克斯韦方程组。 下面是它的样子(仅以差分形式)。

麦克斯韦方程组的电/磁对称形式,其中存在电源和磁源。

磁单极子的概念,其发射磁场线的方式与隔离电荷发射电场线的方式相同。

对于物理学家来说,寻找磁单极子很有魔力,不断有新的理论诞生,这引起了人们的兴趣。因此,在20世纪70年代,物理学家们一直在寻找磁单极,而最著名的搜索是由一个叫布拉斯·卡布雷拉(Blas Cabrera)的物理学家领导的实验搜索。他用一根长超导电线绕了八圈,制成一个超导线圈,旨在用来测量通过它的磁通量。如果磁单极子通过它,他会得到正好八个磁子的信号。但是,如果一个标准的偶极字磁铁穿过它,他会得到+8的信号,紧接着会得到-8信号的其中一个,这样他就能把这些区分开来。

用于移动磁单极子的超导探测器的初步结果

这一发现在整个科学界引起轩然大波,引起了科学家们得极大的兴趣。 建造了具有更大表面积和更多回路的巨型实验设备,但是尽管进行了广泛的搜索,但从未见过另一个单极子。 斯蒂芬·温伯格(Stephen Weinberg)甚至于1983年2月14日为布拉斯·卡布雷拉(Blas Cabrera)写了一首诗:“玫瑰是红色的,紫罗兰是蓝色的,是单极子时间了,第二!”

但是第二个单极没有出现。难道是我们宇宙中唯一的一个单磁单极子,正巧通过布拉斯·卡布雷拉的探测器吗? 由于我们从未发现过另一个磁单极,因此不可能知道,但是科学必须具有可复制性才能被接受。 而且该实验根本无法复制。时至今日,实验仍在寻找它们,但极限却异常低。

磁单极现状与展望

宇宙很巧妙,而且正如我们所期望的那样,宇宙并非对称,并非在所有层面上都对称。那不是谁的错,这就是我们宇宙本来的样子。我们应该接受它的真实状态,总比让我们误入歧途更好。


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