宇宙的奥秘一直在等待人们去发现它。
电磁场是由电荷和磁电荷产生。
电磁场则将产生正电荷和负电荷，来自维基媒体用户共享平台。
在所有已知的微粒子中——包括基本粒子和复合粒子——出现了一系列的特性。宇宙中的每个量子都可以有质量，也可以没有质量。它们可以带有颜色电荷，这意味着它们与强大的力耦合，或者它们可以是无电荷的。它们可以具有弱超电荷和/或弱同位旋，也可以与弱力相互作用完全解耦。它们可以带电荷，也可以是电中性的。它们可以有自旋，或者固有的角动量，或者它们可以是无自旋的。如果你有电荷和某种形式的角动量，你也会有磁矩：一种表现为偶极子的磁性，有一个北端和一个南端。
但并没有任何基本实体具有独特的磁荷，比如北极或南极本身。关于磁单极子的这个想法，作为一个纯粹的理论构造已经存在了很长时间，但是有理由把它作为我们宇宙中的一个物理存在来认真对待。Patreon的支持者吉姆·南斯（Jim Nance）写信是因为他想知道原因：
你曾说过宇宙并非异常导致变热，因为我们没有看到像磁单极子这样的遗迹。你的笃定让我好奇，既然没有人见过磁单极天线或其他遗迹，为什么我们坚信它们存在？”
进步性
这是一个深刻的问题，需要进一步作回答。让我们从19世纪开始追溯它的缘由。
感应是如何在导线回路中产生电流的。
当你将磁铁移入（或移出）线圈或线圈时，它会导致磁场在周围改变。。。[+]OPENTEXTBC上的OpenStatxCollege。CA，根据CC-BY-4.0。
19世纪初，人们对电和磁有所了解。人们普遍认为电荷有两种类型，即同性电荷排斥异性电荷，异性电荷吸引异性电荷，运动中的电荷产生电流：我们今天称之为“电”。 永磁体，其中一边像“北极”，另一边像“南极”，然而，你把一块永磁体一分为二，不管切成多小，你永远不会得到一个北极或一个南极；磁荷只在偶极子结构中成对出现。
倾力付出
为什么美国应该为太阳造成的数十亿美元损失的“互联网灾难”做好准备。
水星不再是离太阳最近的天体：科学家们刚刚发现了人类的新近邻。
本周，当两次太阳爆炸震动地球时，循着明亮的极光即可发现它；
在整个19世纪，许多发明帮助我们理解了电磁与宇宙的关系。人类认识了感应：电荷产生磁场、磁场产生电流的原理。我们学习了电磁辐射，研究加速电荷如何发射不同波长的光。当所有的知识形成理论体系，进一步发现宇宙在电场、磁场和电荷之间是不对称的：麦克斯韦方程组只包含电荷和电流。没有基本的磁性电荷或电流，我们观察到的唯一磁性是由电荷和电流引起的。
有磁单极子和无磁单极子都可以写出麦克斯韦方程组。
可以写下各种方程，比如麦克斯韦方程，来描述。。。[+]埃德·默多克
从数学上——或者如果你愿意的话，从理论物理的角度——很容易修改麦克斯韦方程组，将磁荷和电流包括在内：你只需添加物体也具有基本磁荷的能力：物体本身固有的单个“北极”或“南极”。当你介绍这些额外的术语时，麦克斯韦
方程组得到了修正，变得完全对称。即刻，感应也以另一种方式工作：移动的磁荷会产生电场，而变化的电场会诱发磁电流，导致磁荷在能够携带磁电流的材料内移动和加速。在很长一段时间里，所有这些都只是幻想，直到人类开始认识到对称性在物理学中的影响，以及宇宙的量子性质。通常，在高能状态下，电磁学在电和磁组件之间是对称的，我们生活在一个低能、对称性破缺的世界里。尽管皮埃尔·居里（Pierre Curie）在1894年是第一个指出磁性“电荷”可能存在的人之一，但1931年的保罗·狄拉克（Paul Dirac）却展示了一件非凡的事情：如果你在宇宙中的任何地方都有一个磁性电荷，那么量子力学就意味着电荷应该在任何地方量子化。
基于E8群（l）和标准模型（r）的李代数之间的差异。
基于E（8）群（左）和标准模型（右）的李代数之间的差异。。。[+]CJEAN42/维基媒体共享空间
这很吸引人，因为观察到的电荷不仅是量子化的，而且当涉及到夸克时，它们是以分数形式量子化的。在物理学中，我们所掌握的关于新发现即将到来的最有力的“线索”之一是发现了一种机制，可以解释为什么宇宙具有我们所观察到的性质。
然而，这些都没有提供任何证据证明磁单极子确实存在，只是表明它们可能存在
。在理论方面，量子力学很快被量子场论所取代，在量子场论中，场也被量子化。为了描述电磁学，引入了一个称为U（1）的规范组，目前仍在使用。在规范理论中，只有当规范群U（1）是紧的时，与电磁有关的基本电荷才会量子化；然而，如果U（1）规范群是偏紧的，我们得到的就是磁单极子。
同样，电荷必须量子化可能有不同的原因，但至少根据狄拉克的推理和我们对标准模型的了解，似乎没有理由不存在磁单极子。
标准模型，分解为SU（3）、SU（2）和U（1）组件。
此图显示了标准模型的结构（以显示维基共享的键…[+]莱瑟姆 博伊尔和马尔杜斯的方式）
几十年来，即使在无数数学进步之后，磁单极子的概念仍然只是一个萦绕在理论家脑海中的好奇心，没有任何实质性的进展。但在1974年，在我们认识到标准模型的完整结构几年后——在群论中，由SU（3）×SU（2）×U（1）描述——物理学家开始接受统一的想法。而在低能时，SU（2）描述了弱相互作用，U（1）描述了电磁相互作用，它们实际上在约100gev的能量下统一：电弱尺度。在这些能量下，组合群SU（2）×U（1）描述了电弱相互作用，这两种力统一了。
那么，有没有可能所有的基本力在高能下统一成一个更大的结构？他们可能会这样做，因此大统一理论的想法开始产生。更大的规范群，如SU（5），SO（10），SU（6），甚至是例外群开始被考虑。然而，一系列令人不安但令人兴奋的后果几乎同时出现。这理论预言质子将从稳定到衰变；新的超重粒子代替存在；正如杰拉德霍夫特和亚历山大波利亚科夫在1974年所表明的那样，它们将导致磁单极子的存在。
磁单极子的概念，发射磁场线的方式与隔离的电。。。[+]欧米茄背景中的BPS状态和可积性 —布里切瓦，科尼亚等人，JHEP 1210（2012）116
现在，我们没有证据证明大统一的思想与我们的宇宙相关，但同样，它们也有可能相关。每当我们考虑一个理论概念时，我们寻找的一个问题就是病理学：我们感兴趣的任何情景都会以某种方式“打破”宇宙。最初，当特霍夫特波利亚科夫单极子被提出时，人们发现了这样一种特殊现象：磁单极子会做一种被称为“宇宙过度闭合”的事情。
在早期的宇宙中，物体是热的，能量足够大，任何你能用足够能量创造的粒子-反粒子对-通过爱因斯坦的E=mc2-都会被创造出来。当对称性打破时，你可以给一个以前没有质量的粒子一个非零的静止质量，或者当对称性被打破时，你可以自发地将大量的粒子（或粒子-反粒子对）从真空中剥离出来。第一种情况的一个例子是当希格斯对称性破裂时会发生什么；第二种情况可能发生，例如，当佩切伊·奎因对称性破裂，将轴子拉出量子真空。
无论哪种情况，这都可能导致灾难性的后果。
宇宙是如何膨胀的（【独特的】黑色）？而不是膨胀的（绿色和红色）。
如果宇宙物质密度只是稍微略高的（红色），它将是封闭的，并且有。。。[+]奈德·赖特的宇宙学教程
通常，宇宙膨胀和冷却，总能量密度与任何时间点的膨胀率密切相关。如果你取大量以前的没有质量的粒子，给它们一个非零质量，或者你突然自发地向宇宙中添加大量的质量粒子，你会迅速增加能量密度。随着更多的能量出现，突然膨胀率和能量密度出现失衡；宇宙中有太多的“东西”。
这不仅导致膨胀率下降，而且在单极子生产的情况下，膨胀率一直下降到零，然后开始收缩。在短时间内，这将导致宇宙的重新消失，并以一个巨大的嘎吱声结束。这被称为对宇宙的过度迷失，不能准确描述我们的现实；我们还在这里，事情还没有过去。这个难题被称为单极子问题，是宇宙膨胀的三个主要动因之一。
正如膨胀将宇宙（无论其几何结构如何）拉伸到一种与平面无法区分的状态（解决平面度问题），并将相同的性质传递到我们可观测宇宙中的所有位置（解决地平线问题），只要宇宙在膨胀结束后不再加热到规定尺度以上，它也可以解决单极子问题。
宇宙膨胀如何解决地平线、平坦度和单极问题。
如果宇宙膨胀了，那么我们今天所看到的可见宇宙来自过去。。。[+]E.西格尔/银河系之外
早在1980年，人们就熟识了这一点，对胡夫特·波利亚科夫在单极子、大统一理论和宇宙膨胀的最早模型的共同兴趣使一些人开启了一项了不起的事业：尝试并实验检测磁单极子。1981年，实验物理学家布拉斯·卡布雷拉（Blas Cabrera）建立了一个低温实验，涉及一个线圈，明确了设计用于寻找磁单极子。
通过建立一个有八个回路的线圈，他推断如果一个磁单极子穿过线圈，他会看到一个特定的信号，这是由于发生的电感应。就像将永磁体的一端放入（或取出）线圈会感应电流一样，将磁单极子穿过线圈不仅会感应电流，而且电流正好相当于磁单极子电荷理论值的8倍，他的实验装置中有8个回路。（如果偶极子穿过，则会出现+8的信号，紧接着是-8的信号，从而区分这两种情况。）
1982年2月14日，办公室里没有人注意这个实验。第二天，卡布雷拉回来了，他对自己的观察对照感到震惊。实验记录了一个信号：一个几乎完全对应于磁单极子将产生的信号。
1982年为寻找磁单极子而设计的实验结果。
1982年，在布拉斯·卡布雷拉（Blas Cabrera）的带领下进行了一项实验。随后进行了大量的模仿实验，其中许多实验规模更大，运行时间更长，线圈中的线圈数量在增加，但没有人见过任何磁单极子有关或类似的东西。1983年2月14日，斯蒂芬·温伯格（Stephen Weinberg）给卡布雷拉（Cabrera）写了一首情人节诗歌，内容如下：
“玫瑰的红，
紫罗兰的蓝，
轮到单极子了
正点！”
但是，尽管我们进行了所有的实验，其中一些一直持续到今天，但还没有发现磁单极子的其他迹象。卡布雷拉本人继续完成许多其他实验，但我们可能永远不知道1982年那天到底发生了什么。我们所知道的是，如果没有能力确认和再现这个结果，我们就不能声称我们有磁单极子存在的有力证据。
宇宙中磁单极子界限的现代约束。
这些是现代被使用的约束条件，来自于大量的实验，这些实验主要是由。。。[+]高能中微子天体物理学：现状与展望 — 卡茨，英国等人，核物理局部预测。67 (2012) 651–704
关于宇宙，人类还有待探索的未知，包括在能量远远超过我们在大型强子对撞机上观察到的碰撞时发生的事情。我们不知道，在某些高能尺度下，宇宙是否真的能产生磁单极子；我们只知道，在我们能探测到的能量中，我们还没有看到它们。我们不知道大统一在早期阶段是否是我们宇宙的一种属性，但我们确实知道很多：无论早期发生了什么，它都不会使宇宙过度失衡，也不会使我们的宇宙充满这些从高温稠密状态遗留下来的高能遗迹。
我们的宇宙在某种程度上承认磁单极子的存在吗？这不是我们目前能回答的问题。但是，我们可以满怀信心地说：
热大爆炸早期达到的温度有一个上限，
这一限制是由对必须由膨胀产生的引力波观测的限制所设定的，
如果大统一与我们的宇宙有关，它只允许发生在超过这个极限的能量尺度上。
这意味着，如果存在磁单极子，它们需要有非常高的静止质量：大约1015GeV或更高。
从暗示磁单极子可能存在的一条实验线索落到我们的膝上至今已经将近40年了。然而，在第二条线索出现之前，我们所能做的就是严格限制这些假设的单极子不允许隐藏的位置。
BY: Starts With A Bang
FY: Jane
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