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为什么我们无法分割磁场?除非找到这种物质

磁铁是很多80后90后童年的玩具,当一块磁铁摔成两块后,你会发现它变成了两块磁铁,而不是形成两个具有单磁极的磁铁,当然,如果真摔成具有单磁极的两块磁铁,你一定要好好保存,然后拿着它去换诺贝尔奖。

单磁极磁铁的磁场由磁单极粒子产生,理论上如果找到磁单极粒子,那么必然存在单磁极磁铁,但现实往往不随人愿。

1931年英国科学家狄拉克通过数学公式预言了磁单极粒子的存在,他认为和带基本电荷的电子类似,宇宙中必然存在带基本“磁荷”的粒子。随着理论物理学的发展,在大统一理论、超弦理论、暗物质理论等方面都预言到磁单极粒子的存在,科学界也开始了寻找磁单极粒子之路。

首先科学界认为磁单极粒子在自然界肯定存在,但是对古老铁矿床的探测却并没有任何发现,于是把目光集中到天外陨石,却依然没有找到磁单极粒子。是陨石样本在坠落过程中失真吗?那就上天取石头,人类登月成功并从月球带回岩石样本,通过探测依然没有找到预言中的磁单极粒子。

自然条件下找不到磁单极粒子,那就在实验室找吧,我们知道一块磁铁截成两段后,在截断位置会重新产生南北极磁场,从而闭合磁感线形成两个磁场,如果继续截断就有四块磁铁了,如果我们一直截下去,截成一个原子呢?然后怎么截?高能加速器是个好办法,科学家利用高能加速器加速质子,使其产生极高的速度去撞击原子核迫使结合在一起的正负磁单极粒子分离,但是实验做了很多次,磁单极粒子却一次也没有观测到。

是加速器能量低吗?那就在宇宙级能量中探索吧,于是科学家把目光投向高能宇宙射线,1975年美国科学家用探空气球将感光底板送入高空,确实观测到一个明显的痕迹,但是大多数科学家认为那是重离子的痕迹,这个争论一直到今天都没有结果。

或许磁单极粒子根本就不存在,许多科学家相信这个观点,就连晚年的狄拉克本人都对磁单极粒子的存在产生怀疑。在电场中,电力线起源与正电荷既可以终止与负电荷也可以延伸到无限远处,它是不闭合的。而在磁场中,在磁体外部磁感线从N极发出再进入S极,在磁体内部从S极发出后进入N极,它是一个闭合的场线。所以不能仅仅依靠电场的性质去推断磁场,由于磁场的性质,在经典电磁理论中,已经排除了磁单极粒子的存在。而且对于磁场本身的形成科学家尚无统一认识,经典物理学中,磁场被认为是点电荷定向移动造成的,而量子理论认为磁场是虚光子造成的效应,这就导致磁场可能改变就不存在,既然磁场不存在,那么磁单极粒子也就无从谈起了。

也有许多科学家相信磁单极粒子是存在的,只是正反磁单极粒子结合的太紧密,目前的高能加速器无法致使其分开,而宇宙射线的观测又受到条件限制,随着观测仪器的进步,必然会有发现。他们同样认为,即使磁单极粒子存在,数量也是非常少的,如果宇宙之中存在大量的磁单极粒子,那么宇宙之中也就不会形成磁场,由于宇宙很大磁单极粒子又很少,所以迟迟没有发现。

如果有一天真的发现了磁单极粒子,那必将导致物理学革命性突破,不仅现有的电磁理论将要修改,对于现代物理学和天文学的基础都将产生影响。

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