磁单极子真的存在吗
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/5d19305329.html,
磁单极子真的存在吗?
作者：龙学锋
来源：《百科知识》2010年第01期
把一根磁棒截成两段，可以得到两根新磁棒，它们都有南极和北极。事实上，不管你怎样切割，新得到的每一段小磁铁总有两个磁极。因此，人们认为磁体的两极总是成对出现，自然界中不会存在单个磁极。然而，磁和电有很多相似之处。例如，同种电荷互相推斥，异种电荷互相吸引；同名磁极也互相推斥，异名磁极也互相吸引。用摩擦的方法能使物体带上电，如果用磁铁的一极在一根钢棒上沿同一方向摩擦几次，也能使钢棒磁化。但是，为什么正、负电荷能够单独存在，而单个磁极却不能单独存在呢?多年来，人们百思而不得其解。
伟大的预言
1931年，著名的英国物理学家狄拉克首先从理论上用极精美的公式预言，磁单极子是可
以独立存在的。他认为，既然电有基本电荷——电子存在，磁也应有基本磁荷——磁单极子存在，这样，电磁现象的完全对称性就可以得到保证。因此，他根据电动力学和量子力学的合理推演，前所未有地把磁单极子作为一种新粒子提出来。以前，狄拉克曾经预言过正电子的存在，并已经被实验所证实；这一次他的磁单极子假设同样震惊了科学界。
在磁单极子的理论研究方面，除狄拉克最早提出的磁单极子学说外，还有其他一些科学家也曾提出过多种学说，各有其特点和根据。如著名的美籍意大利物理学家费米也曾经从理论上探讨过磁单极子，并且也认为它的存在是可能的。华裔物理学家、诺贝尔物理学奖获得者杨振宁教授等一些著名的科学家，也从不同方面不同程度地对磁单极子理论做出了补充和完善。它们弥补了狄拉克理论中的一些缺陷和不足，给磁单极子的设想辅以更坚实的理论基础。
艰难的寻找
随着磁单极子的提出，科学界由此掀起了一场寻找磁单极子的狂潮。人们绞尽脑汁，采用了各种各样的方法，去寻找这种理论上的磁单极子。
科学家首先把寻找的重点放在古老的地球的铁矿石和来自地球之外的铁陨石上，因为他们觉得这些物体中，会隐藏着磁单极子这种“小精灵”。然而结果却令他们大失所望：无论是在
如果存在磁单极子,则麦克斯韦方程组中需要改写的式子是 高斯定律 磁场的高斯定律
如果存在磁单极子,则麦克斯韦方程组中需要改写的式子是高斯定律磁场的高斯定律 。 如果存在磁单极子,则麦克斯韦方程组中需要改写的式子是高斯定律磁场的高斯定律 在物理学领域，磁单极子一直是一个备受关注的研究课题。传统上，我们所熟悉的磁场是由磁偶极子产生的，它们总是成对出现，并且不可能存在独立的磁单极子。然而，如果存在磁单极子，那么麦克斯韦方程组中的一些式子就需要做出相应的改写，其中包括高斯定律和磁场的高斯定律。在本文中，我们将深入探讨这一主题，分析磁单极子对麦克斯韦方程组的影响，并对其中涉及的概念和原理进行全面的评估。 让我们回顾一下麦克斯韦方程组的基本形式。麦克斯韦方程组描述了电磁场的行为，它由4个方程组成：电场的高斯定律、电场的安培定律、磁场的高斯定律和法拉第电磁感应定律。在正常情况下，这些方程描述了电磁场的产生、传播和相互作用，然而如果考虑到磁单极子的存在，其中的一些方程就需要做出相应的修改。
具体来说，如果存在磁单极子，那么磁场的高斯定律就需要做出改写。传统的磁场高斯定律表达了磁场的闭合性，即磁场线既没有起点也没 有终点，这是由于磁场总是由磁偶极子所产生的。然而，如果存在磁 单极子，那么磁场线就会出现起点或终点，从而破坏了磁场的闭合性。在存在磁单极子的情况下，我们需要重新审视磁场的高斯定律，并对 其进行修正。 除了磁场的高斯定律之外，麦克斯韦方程组中的高斯定律也需要进行 相应的修改。传统的高斯定律描述了电场或磁场穿过一个闭合曲面的 总通量与该曲面所包围的电荷量或磁荷量的比例关系。然而，如果考 虑到磁单极子的存在，那么电场或磁场的通量就会发生改变，从而需 要对高斯定律进行修正。 在对麦克斯韦方程组中的式子进行修改时，我们需要考虑到磁单极子 对整个理论体系所带来的影响。除了对高斯定律的修改外，还需要进 一步分析磁单极子与其他物理量之间的相互作用，探讨磁单极子的产 生机制和性质，并考察它对电磁场的传播和辐射的影响等多方面问题。研究磁单极子不仅仅是对麦克斯韦方程组的修改，更是对整个电磁理 论的深入探讨。 个人观点上，磁单极子的存在将会对我们对电磁场的理解带来革命性 的变化。它将打破传统对磁场的认知，为我们开辟了一个全新的研究 领域。虽然目前还没有直接的实验证据证明磁单极子的存在，但是对
磁单极子真的存在吗
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/5d19305329.html, 磁单极子真的存在吗? 作者：龙学锋 来源：《百科知识》2010年第01期 把一根磁棒截成两段，可以得到两根新磁棒，它们都有南极和北极。事实上，不管你怎样切割，新得到的每一段小磁铁总有两个磁极。因此，人们认为磁体的两极总是成对出现，自然界中不会存在单个磁极。然而，磁和电有很多相似之处。例如，同种电荷互相推斥，异种电荷互相吸引；同名磁极也互相推斥，异名磁极也互相吸引。用摩擦的方法能使物体带上电，如果用磁铁的一极在一根钢棒上沿同一方向摩擦几次，也能使钢棒磁化。但是，为什么正、负电荷能够单独存在，而单个磁极却不能单独存在呢?多年来，人们百思而不得其解。 伟大的预言 1931年，著名的英国物理学家狄拉克首先从理论上用极精美的公式预言，磁单极子是可 以独立存在的。他认为，既然电有基本电荷——电子存在，磁也应有基本磁荷——磁单极子存在，这样，电磁现象的完全对称性就可以得到保证。因此，他根据电动力学和量子力学的合理推演，前所未有地把磁单极子作为一种新粒子提出来。以前，狄拉克曾经预言过正电子的存在，并已经被实验所证实；这一次他的磁单极子假设同样震惊了科学界。 在磁单极子的理论研究方面，除狄拉克最早提出的磁单极子学说外，还有其他一些科学家也曾提出过多种学说，各有其特点和根据。如著名的美籍意大利物理学家费米也曾经从理论上探讨过磁单极子，并且也认为它的存在是可能的。华裔物理学家、诺贝尔物理学奖获得者杨振宁教授等一些著名的科学家，也从不同方面不同程度地对磁单极子理论做出了补充和完善。它们弥补了狄拉克理论中的一些缺陷和不足，给磁单极子的设想辅以更坚实的理论基础。 艰难的寻找 随着磁单极子的提出，科学界由此掀起了一场寻找磁单极子的狂潮。人们绞尽脑汁，采用了各种各样的方法，去寻找这种理论上的磁单极子。 科学家首先把寻找的重点放在古老的地球的铁矿石和来自地球之外的铁陨石上，因为他们觉得这些物体中，会隐藏着磁单极子这种“小精灵”。然而结果却令他们大失所望：无论是在
磁单极的若干方面研究
磁单极的若干方面研究 磁单极子既磁铁的单独N极或S极,也即自由磁荷。对于磁铁它的磁极总是成对出现的,无论我们怎样分割它总是存在两个磁极,直到无限小。1931年英国著名的物理学家、量子力学的创始人之一狄拉克首先从理论上预言了磁单极的存在。这个预言引起了科学家极大的兴趣,从而开创了磁单极研究的新的时代。这种物质的存在性到目前为止还是个谜,人们在实验中还没有发现以基本粒子形式存在的磁单极,但是人们从理论上对磁单极作了各种详尽的探讨。 1 磁单极子的特性 (1)质量大。在真空磁场中,磁单极子的能量增加率为:2.06×104(g/go)ev/G.cm两个磁荷相等磁单极的相互作用能为≈5000WE(为两个点电荷的相互作用能),在麦克斯韦理论中,电子的质量类似地,可以根据磁单极子的相互作用能估计磁单极子的质量,最小的磁单极子的质量mg=5000me这样表明磁单极子的质量是很大的。磁单极子的质量是质子质量的1016倍,达到20毫微克。如果我们用加速器来产生磁单极子,它们就会成对出现,一个是正的,另一个是负的。到目前为止,加速器的能量远小于上述能量,故不可能在加速器中找到磁单极子。 (2)具有极强的游离能力。在较高速下,其游离能力是电子的18000倍,在低速下更大。所以磁单极子在通过物质时,将迅速损失能量。如通过乳胶时,会留下一条径迹。 (3)非常稳定。因磁单极子强度守恒,它不会自行消灭。若要湮灭,一定存在大小相等符号相反的另一磁单极子,并与其发生作用,同时释放出某种形式的能力。 (4)在磁场中加速。H=103Oe( ),则磁单极子在磁场中每前进一厘米,将得到41兆电子伏特的能量。 (5)被抗磁质所排斥,被顺磁质所吸引。如把磁单极子嵌进抗磁质石墨中,需要作功十分之几电子伏特,而把它从顺磁质如铬的晶体中拉出需要作功几十电子伏特。 2 研究磁单极的重大意义
理论证明磁单极子不存在
理论证明磁单极子不存在 曾凡文 英国物理学家保罗·狄拉克（Paul Dirac ）早在1931年利用数学公式预言了磁单极粒子的存在。今天我要反驳他的设想。 涉及的常量 c 光速 1s m 299792458 -⋅=c k 静电常量 229C m N 109875.8-⋅⋅⨯=k 0ε真空中电容率 212120m N C 10854187.8π41---⋅⋅⨯==k ε 0μ真空中磁导率 270A N 10π4--⋅⨯=μ
一、磁场的本质 1.真空中无限长均匀带电直线周围的电场强度 图中虚线圆处的电场强度大小（方向垂直直线向里或向外） r E ⋅=0π2ελ ① λ线电荷密度，单位：C/m 2.真空中电流为I 的无限长直导线周围的磁场强度（方向按右手定则） r I B π20⋅=μ ② 3.真空中无限长均匀带电直线以速度v 沿平行直线方向运动产生的电流 λ⋅==v t q I ③ 此时，可以将电流I 周围的磁场看做是电流周围电场的运动而产生的一种物理效果。联立①②③式可得： E v B ⋅⋅⋅=00με λ r E r I B
矩阵向量用叉乘法则可表示为：E v B ⨯⋅⋅=00με 或v E B ⨯⋅⋅-=00με 向量式 此式表明磁场的本质是电场的运动产生的一种效果。 同时也说明电场运动产生的磁场的方向永远垂直于该电场的方向。因为电场的等势线一般都是闭合的，所以磁感应线也是闭合的，故磁单极子不存在。 （2010年10月18日，南昌理工学院） E v B E ⨯⋅=⎰d 00με 积分式求解磁场大小 二、真空中带电粒子运动产生的磁场 根据2r q k E =有： 020π41r Ε⋅⋅=r q ε 0r 为单位向量，只代表电场的方向。 将020π41r Ε⋅⋅=r q ε代入E v B ⨯⋅⋅=00με中得： 020π4r v B ⨯⋅⋅=r q μ 此式即表示带电粒子运动时周围产生的磁场强度，可以从侧面的反应电场的转移是光速。 v B E v B E
磁单极子介绍
一磁单极子介绍 这是一种到目前为止还基本上只是存在于理论之中的物质，如果找到了它们，不仅现有的电磁理论要作重大修改，而且物理学和天文学的许多基础理论也都将得到重大发展。确定它的存在就可能改变物理的一些存在定理和发展方向，因为在大家的常识中磁极总是成对出现的一旦发现磁单极子就会改变大家的常识，也就会颠覆一些传统理论，磁单极子并不是空穴来风，一定有其提出的理论根据，接下来介绍磁单极子相关定义。 提到磁单极子就必须提到磁单极，对于磁单极按照大家理解的就是把一根磁棒截成两段，可以得到两根新磁棒，它们都有南极和北极。事实上，不管你怎样切割，新得到的每一段小磁铁总有两个磁极。因此，人们认为磁体的两极总是成对的出现，自然界中不会存在单个磁极。然而，问题也就来了，磁和电有很多相似之处。例如，同种电荷互相推斥，异种电荷互相吸引；同名磁极也互相推斥，异名磁极也互相吸引。用摩擦的方法能使物体带上电；如果用磁铁的一极在一根钢棒上沿同一方向摩擦几次，也能使钢棒磁化。但是为什么正、负电荷能够<单独存在>相对存在，而单个磁极却不能单独存在呢？多年来，人们百思而不得其解。一般看来，磁的来源总是同电相关的，即由电的运动(电流)产生磁场，而且产生生物质磁性的磁矩也是同自旋和电荷相联系的，但是科学家的脚步不会停下来的，对于这种理论的提出，使人们认识到了磁单极子存在的可能性，这时候不得不提起组成磁单极子的磁单极粒子，单极粒子作为物质的基本构成，它的单独存在可能非常困难，或者可能极其微弱以致无法测量，从二元论的角度分析可能会更合理些，如纯的吸引性粒子和纯的排斥性粒子，曾经作过广泛的探查，而且每当粒子加速器开拓新能区或发现新的物质源（例如从月球上取来岩石）都要重新进行磁单极粒子的的搜索。在磁单极粒子的理论研究方面，磁单极粒子的研究为磁单极子的研究提供了方向。 在很多大统一理论暗示我们的宇宙中存在大量磁单极子，但我们从未找到过它们。为解决这个‘单极子问题’，标准暴涨模型认为发育成我们整个可见宇宙的种子是如此微小的量子涨落，以致它仅仅含有一个单极子。这个单极子仍然存在于宇宙的某处，但它也许永远不会同我们相遇，在科学家的眼中磁单极子是存在的，但是我们能不能观察到它就是很难的，在磁单极子中，我们可能会想到磁电子，磁电子是磁学与微电子学相结合的产物。微电子材料与器件是二十世纪人类最伟大的创造之一，但是没有利用电子自旋特性。磁电子技术采用磁电子材料制造全新的或者高性能的器件，与传统半导体器件相比，具有大幅度降低能量消耗、增加集成密度和提高数据处理速度等优点。磁电子器件广泛应用于磁场感应、高速信号耦合和数据存贮等领域。磁单极子的存在虽然不易察觉，但是我们可以从上述已知的定义和概念推断和指导观测方向来证实磁单极子的存在，促使物理学的发展。
从麦克斯韦方程中看磁单极子
从麦克斯韦方程中看磁单极子 拿一根金属棒，把所有的电子都引到一端，这时金属棒的电场是一个偶极场。现在把金属棒切成两半，我们会得到一对电荷：一半是负电荷，另一半是正电荷，这两个电荷都有直接向外辐射的电场。 现在再拿一根金属棒，用磁铁磁化它，我们会得到一个与偶极子电场非常相似的偶极子磁场。但如果我们再把这个金属棒分成两半，每一半的末端仍然是北极和南极，仍然会产生一个偶极场。根据经典的电磁学，无论对金属棒切割多少次都没有关系，我们永远不会得到孤立的磁荷，也就是磁单极子。 早在1269年，法国学者Petrus Peregrinus de Marincourt首次进行了这项磁体切片实验，这是在我们知道磁体产生原理之前。如今，我们知道磁性从何而来，我们对减半的磁铁会产生两个更小的磁铁并不感到惊讶。在铁磁体中，磁场是磁铁原子中无数微小排列的电子偶极子场的总和。产生偶极子磁场的另一种流行方法是电磁体，根据经典电动力学，移动电荷是磁场的来源。 经典理论 磁单极子的不存在被编入经典电动力学的数学中，特别是高斯磁定律（麦克斯韦四个方程之一），它表明磁场的散度为零。散度是一个数学术语，它描述的是向量场中里的一个点是源还是汇，零散度意味着没有源也没有汇。根据这条定律，我们知道没有磁单极子的存在。
另一方面，电场的高斯定律告诉我们，电场的散度不为零，它与电荷密度成正比。该电荷是电场线可以结束的地方——它形成了它们的源或汇，所以有诸如孤立电荷之类的东西。如果我们快速浏览一下麦克斯韦方程组，我们会发现电和磁不是对称的。如果我们向方程中添加磁荷这样的东西，也可以在这些方程之间具有对称性。 物理学家默里·盖尔曼说：“所有不被禁止的都是强制性的。”这意味着如果物理理论的数学允许它的存在，那么它就存在于自然界中。麦克斯韦方程中没有任何东西真正表明磁单极子不存在，除了麦克斯韦将磁荷设为零这一事实，因为他不相信它存在。但原则上磁单极子可以存在，至少根据经典理论。 量子理论 量子力学呢？通过用量子场而不是电荷和力的方式来解释，彻底改变了我们对电磁学的理解。伟大的物理学家保罗·狄拉克有一个习惯，就是盯着数学就发现粒子。正如我们之前文章中 讨论的那样，他在1928年以这种方式预测了反物质的存在。但随后在1931年，就在他的反物质得到验证之前，狄拉克做出了另一个预测——磁单极子的存在。
磁单极子存在的麦克斯韦方程组
磁单极子存在的麦克斯韦方程组：探索磁学中的奥秘 引言： 在物理学中，麦克斯韦方程组是电磁学的基础理论。然而，尽管它们在描述电场和磁场之间的相互作用方面非常成功，却没有包括磁单极子的存在。磁单极子是一种只具有南极或北极的磁现象，这意味着它们可以像电荷一样存在。然而，对于磁单极子而言，我们仍然面临着许多未解之谜。在本文中，我们将讨论磁单极子的存在，并探索磁学中的奥秘。 第一部分：麦克斯韦方程组的现状 麦克斯韦方程组是电磁学中最重要的理论之一。它们由四个方程组成，分别描述了电场和磁场的产生和相互作用。这些方程在描述电磁波传播、电磁感应和电磁辐射等现象方面均得到了验证。然而，麦克斯韦方程组却没有包含磁单极子的概念。 第二部分：磁单极子的定义和性质 磁单极子是指只具有南极或北极的磁现象。与电荷相似，它们可以单独存在，并且可以产生类似于磁场的效应。与电荷不同的是，迄今为止我们尚未观测到磁单极子的实际存在。虽然一些理论模型和数学推导表明磁单极子的存在及其与磁场的相互作用，但我们仍然需要更多的实证证据来验证这一概念。 第三部分：对麦克斯韦方程组的扩展 许多学者试图扩展麦克斯韦方程组以包括磁单极子的概念。其中一种尝试是引入具有单磁极磁荷的新方程。这些方程试图揭示磁单极子与电荷之间的相互作用以及它们的行为规律。然而，这些尝试仍然是理论性的，并且需要进一步的实验验证。 第四部分：实验的挑战和未来的展望 尽管科学家们进行了许多实验来寻找磁单极子的证据，但目前还没有得到令人信服的结果。观测和分离磁单极子是非常困难的，因为它们没有被证明在自然界中普遍存在。然而，随着技术的进步，未来的实验可能更有希望。 结论： 磁单极子的存在是电磁学中一个重要的问题。虽然麦克斯韦方程组是电磁学的基础理论，但它们没有包括磁单极子的概念。我们需要进一步的实验和理论工作来验证磁单极子的存在，并深入研究它们与电荷和磁场的相互作用。这将有助于我们更好地理解磁学中的
磁单极子探究
磁单极子探究 摘要：物理学中的大部分定理和推论美在它的对称性，而最为经典的麦克斯韦方程组却存在不对称性。出现不对称的关键在于是没有证据表明存在磁单极子。本文对磁单极子存在下的麦克斯韦方程组进行推导，定义磁荷密度、磁流密度和电化磁流矢量，并给出磁荷守恒定律。若假设磁单极子存在，在静场条件下，我们分情况讨论了麦克斯韦方程组的求解方法，以及磁单极子存在时电磁波的传播与辐射，并推导出磁单极子存在下的由时谐波形式构成的亥姆霍兹方程和磁荷守恒定律，以及良磁导体的条件。我们还提出了一个磁单极子模型，该模型基于激光冷却方法控制原子，设想重新按原子的固有磁矩方向排布。最后我们通过建立一种的电子与磁子模型，在量子力学框架内重新解释电子与磁子，并说明二者是同种粒子的不同状态。 关键词：电单极子，磁单极子，麦克斯韦方程组，电磁波，磁矩，激光冷却，磁单极子模型，电磁关系。 一、引言 物理学中的大部分定理和推论美在它的对称性，而最为经典的麦克斯韦方程组却存在不对称性，关键就在于是否存在磁单极子，为此我们做出一些假设磁单极子存在的推导。 历史上对于磁单极子有很多大家都进行过预言，英国物理学家狄拉克首先在理论上预言磁单极子的存在并推到其可能存在的性质，狄拉克提出的磁单极子不仅使麦克斯韦方程组就有了完整的对称性，而且可以解释电荷量子化现象。设磁单极子的磁荷量为g ，根据狄拉克的电荷量子化条件，电荷e 与磁荷g 有定量关系()/(2)e n hc g =。其中n 使任意常数，c 为光速，h 为普朗克常数。但磁子与电子必然有着内在联系，也有人已经用用纤维从理论对其进行了证明。本文将运用一种新的电磁子，并引入量子化的以太对一些电磁理论进行新的探索。 对于麦克斯韦方程组中，B 0∇⋅=，而e D ρ∇⋅=，这就说明在现实世界中只有电荷存在，而磁荷却不存在，电荷可以激发电场，却没有磁荷激发磁场。即存在非对称性，而在运动的电磁学研究中，变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，在这一点上电磁学却满足完美的对称性。假设磁荷存在，那么分子电流假说就不是静磁场产生唯一源头，而仅仅是产生磁场的途径之一，所以产生磁场的方式有三种：磁荷，运动电荷，变化电场。与此对应产生电场的三种方式：电荷，运动磁荷，变化磁场。使得由此为基础推导出来的麦克斯韦方程组对称。 二、磁单极子存在下的麦克斯韦方程组 在研究磁单极子存在下的麦克斯韦方程组之前，我们先列出原始的麦克斯韦方程组。即： D ρ∇⋅=，0B ∇⋅=，t B E ∂∇⨯=-∂，E +t H J ∂∇⨯=∂ （1） 而对于磁荷存在情况下先列出4个分量的一般形式方程：
磁单极子的研究进展及对磁学理论的影响
磁单极子的研究进展及对磁学理论的影响
摘要：自从磁单极子的概念被狄拉克提出来，就一直被物理学家高度的关注着，虽然大家都在努力的寻找但是一直没有找到它们存在的确切证据，最近，一些凝聚态物理学家声称在动量空间及自旋冰材料中找到了磁单极子存在的确切证据，并通过磁单极子的集体激发行为解释了一些新颖的物理现象，给磁单极子的研究带来了新的曙光。在文章里面主要介绍了一下磁单极子至提出以来的研究进程，简要说明了一下最新的进展。然后又对磁单极子的特点及其研究意义做了简单的概述。 关键词：磁单极子；自旋冰；麦克斯韦方程组 Abstract: Since the concept of magnetic monopoles was picked up by Dila Curtis, it has been highly concerned by the physicist. We had been tried to find out the conclusive evidence of their existence, but we had not found them, most recently, a number of condensed matter physics claimed that they had found the conclusive evidence of magnetic monopoles’ existence in the momentum space and spin ice materials. They also explained some of the novel physical phenomena which brought a new dawn to the study of the magnetic monopole. In the article I will describe the study process of magnetic monopole. Then I will give a brief description about the latest progress. At last I will introduce the characteristics of the magnetic monopole and its significance. Keywords：magnetic monopole；spin ice；Maxwell equation group
寻找磁单极子
寻找磁单极子 在电现象里有电荷，而且正、负电荷可以单独存在。在磁现象里却没有发现磁荷，南北极也不能单独存在。一块磁体，无论把它分得多么小，总是有南极和北极。 1931年，英国物理学家狄拉克从理论上预言存在着只有一个磁极的粒子——磁单极子。根据磁单极子的理论，电和磁之间的相似将更加完美。理论的动人前景，吸引了一批物理学家，用各种方法，在岩石中，在宇宙射线（即从宇宙空间飞来的粒子）中，在加速器实验中，去寻找磁单极子。但是到现在还没有找到。人们推测，磁单极子可能是在宇宙形成初期产生的，残存下来的为数较少，而且分散在广漠的宇宙之中，要找到它不是很容易的。 美国的一位物理学家卡布莱拉用实验寻找磁单极子，实验根据的原理就是电磁感应现象。仪器的主要部分是山超导体做成的线圈。设想有一个磁单极子穿过超导线圈（附）,穿过超导线圈的磁通量将发生改变，而且引起的感应电动势的方向不变，于是在超导线圈中将引起感应电流。超导体的电阻为零，这个电流将长期维持下去而不减弱。1982年2月，这位物理学家发现在超导线圈中出现了稳定的电流，认定这是磁单极子穿过了超导线圈。不过以后没有重复观察到那次实验中观察到的现象，所以这一事例还不能确证磁单极子的存在。 □前，寻找磁单极子的实验还在进行中。如果磁单极子确实存在，现 在的电磁理论就要做重大的修改，对整个物理学基础理论的发展将产生重大的影响。 把一个条形磁铁从闭合螺线管的一端插入，山另一端抽出，在整个过程中，螺线管里产生的感应电流的方向是否改变？一个磁单极子（比如是N极）穿过螺线管时，感应电流的方向是否改变？说明理山。
把一个条形磁铁从闭合螺线管的一端插入，由另一端抽出，在整个过程中，螺线管里产生的感应电流的方向是否改变？一个磁单极子（比如是N极）穿过螺线管时，感应电流的方向是否改变？说明理山。
浅析磁单极子
浅析磁单极子 摘要：自20世纪30年代以来，磁单极子一直是物理学家和天文学家的热门话题，同时也吸引了广大的科学爱好者的兴趣。磁单极子复杂的相互作用过程与一般电磁现象截然不同，磁单极子问题涉及电磁现象的对称性、电荷的量子化、轻子结构、轻子和强子的统一组成、轻子和夸克的对称、超弦理论等难题都能给以较好的解释。通过大统一理论以及对早期宇宙的研究，如果磁单极子确实存在，不仅现有的电磁理论要作重大修改，而且物理学以及天文学的基础理论也将有重大的发展，磁单极子已成为解决一系列涉及微观世界和宏观世界重大问题的突破口。 关键词：磁与电；磁单极子；理论假设；特点；理论研究；研究意义；自旋冰中的发现 1磁与电的关系[1] 电现象与磁现象是我们生活中常见的二种现象。科学家通过实验，提出和总结了电学概念和规律，建立了“电学”。根据电现象与磁现象有许多相似之处，科学家仿照电荷、电路、库仑定律等电学概念和规律，提出了与电学相对应的“磁学”。 在19世纪初，尽管发现了“闪电使一些原来没有磁性的钢制刀叉带磁”等现象，但大多数科学家，包括一些著名的科学家，都认为“磁与电没有关系”，其中一些甚至表示愿意证明“磁与电是没有关系的”。 1820年，一直坚信“电一定可以转化为磁”的物理学家奥斯特，做了通电导线使其周围小磁针发生偏转的实验，发表论文“关于磁针上电流碰撞的实验”，使人们认识到电与磁之间存在密切的关系，从而“打开了电学中的一扇大门”。现在多数人都知道奥斯特实验，清楚在电流的周围存在磁场，相信磁场是由电流产生的。 在奥斯特研究成果的基础上，安培、法拉第、比奥—萨伐尔、拉普拉斯、高斯等一批物理学家，陆续发现和总结出安培定律、法拉第电磁感应定律、比萨定律、高斯定律、安培环路定律等一系列规律，确定了电与磁之间的各种密切关
磁偶极子定义
磁偶极子定义 磁偶极子定义 磁偶极子是指具有磁性的物体，其磁性来源于物体内部存在的一对互相平行且大小相等的磁单极子。这对磁单极子之间的距离被称为磁偶极子距离，而磁偶极子的方向则由从南到北的方向决定。 1. 磁单极子 在电学中，电荷是负责产生电场的基本粒子。类似地，在磁学中，磁单极子是负责产生磁场的基本粒子。然而，尽管我们能够观察到电荷和电场之间的相互作用，但迄今为止我们还没有发现任何单个的、孤立的磁单极子。因此，在实际应用中，我们通常将两个相等大小、方向相反、距离很近的磁单极子看作一个整体——即一个“假想”的“完美”实体——来描述它们产生的力和场。 2. 磁偶极子距离 在物理学中，我们通常使用一些量来描述物体之间的关系。对于两个物体之间的距离而言，我们通常使用长度单位（如米）来描述它们之间的距离。对于磁偶极子而言，我们通常使用磁偶极子距离这一概念
来描述其内部的两个磁单极子之间的距离。 3. 磁偶极子的方向 在物理学中，我们通常使用方向来描述物体在空间中的位置。对于磁 偶极子而言，其方向由从南到北的方向决定。具体来说，这意味着磁 偶极子所指向的方向是沿着地球表面从南到北的方向，并且与地球自 转轴平行。 4. 磁偶极子产生的磁场 由于磁偶极子内部存在两个相等大小、方向相反、距离很近的磁单极子，因此它们产生出来的磁场也是具有双极性（即有正负两个“南北”极）特征。在物理学中，我们通常使用“标量磁势”和“矢量磁场” 这两个概念来描述一个物体所产生出来的磁场。对于一个处在某一点 上的物体而言，“标量磁势”是一个标量值，它表示该点上所受到的 磁场强度；而“矢量磁场”则是一个向量值，它表示该点上所受到的 磁场方向。对于磁偶极子而言，其所产生出来的磁场可以通过“标量 磁势”和“矢量磁场”这两个概念来描述。 5. 磁偶极子的应用 由于磁偶极子具有一定的特殊性质，因此在实际应用中也被广泛地使
磁单极子是否存在
磁单极子是否存在最近，英国《自然》杂志于2014年1月30日刊登了一篇报道磁单极子被发现存在的证据的文章，马上引起整个科学界的震动。那么，什么是磁单极子？它是否真的存在呢？ 电和磁向来被认为是一对，麦克斯韦的电磁学理论和方程也是对称和完美的典范，但是实际上电和磁又有明显的不对称：有单独存在的电子和正电子，正负电荷可以分开独立存在，而南北磁极则总是成对出现。实际上，磁单极子这种东西，最初在科学家的眼中是被看做不存在的，物理学上最早认为磁性物质一定都存在两个磁极，单独一个S极或N 极的物质在科学家的眼中是荒谬的。电磁学的开创人麦克斯韦在计算他的方程的时候，曾经因为对称性考虑过磁单级子的存在，不过最后还是放弃了。而现代物理学基石狭义相对论也认为，我们所知的磁场只是电场的相对论效应，考虑磁单级子存在，是不现实的。这种想法一直到了1931 年，才出现了转机。那一年，量子力学巨匠保罗•狄拉克(Paul Dirac)在方程中预言，既然存在“电荷”，那么也应该存在单独极性(也就是只有一个磁极) 的“磁荷”，即“磁单极子”。狄拉克认为，如果考虑电磁的对称性，磁单极子是有可能存在的。可以说，从那时开始，磁单级子这种东西在理论上就站稳了脚跟，而后不少研究都认为磁单级子有可能存在。然而，寻找磁单级子这种东西，却不是一件容易的事，科学家对此在实验中探索了数十年，然而至今依然无果。 关于磁单极子是否存在一直没有定论，现存在两种设想。第一种设想是“磁单极子”根本就不存在。 虽然人们早就发现电和磁有很多相似之处。例如，电荷周围存在电场，变化的磁场周围也存在电场。同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。但是，它们也有一些完全
物理学中的未解之谜
物理学中的未解之谜 上一篇文章给出了7个物理学中的世界级难题；本篇将给出15个未解之谜；并在以后的文章中将探讨这些未解之谜的可能解决方案。 这些问题对物理学来说，具有及其重要的意义。任何一个问题的真正解决，都将影响物理学，影响人类的认知。当然，有些问题的解决一旦获得实验的验证，还有可能冲击诺贝尔物理学奖。 No. 1 暗物质问题 按照万有引力定律，高速旋转星系的中心须有大质量星体或大质量物质，由它们的万有引力提供强大的向心力，否则这样的高速旋转星系就会因为没有足够的向心力而离心远去。观测表明其中心并无可见的星体，有科学家推测这可能是不可见的“暗物质”导致的。 暗物质问题仍然可以归结为引力问题。广义相对论的引力理论能解决这一问题吗？如果广义相对论的引力理论是完善的，它就能够解决该问题；目前仍然没有肯定的结论。 借用百度百科中关于暗物质篇章中的介绍——“诺贝尔物理学奖获得者李政道教授曾多次指出：‘暗物质是笼罩二十世纪末和二十一世纪初现代物理学的最大乌云，它将预示着物理学的又一次革命。’” No. 2 宇宙膨胀问题 观测表明，河外星系发射到地球上的光线普遍出现了红移。其红移量与距离成正比，根据哈勃定律计算得出星系正在远离地球；绝大部分的星系都远离地球，可以认为这种远离现象是宇宙膨胀的表现。后续的观测与计算表明宇宙不仅膨胀而且正在加速膨胀。由此逆推得出，宇宙最初有可能是从由物质与能量密度无穷大的“奇点”发生大爆炸并膨胀而来。如果宇宙继续膨胀下去，其物质与能量密度将变得及其稀薄而终结。这就是由红移理论演绎出来的宇宙奇点、宇宙大爆炸、宇宙膨胀的宇宙观。
宇宙膨胀的原因是什么？其驱动力来至何处？宇宙膨胀理论还面临哲学困难。大爆炸之前，物质与能量是否存在，以什么形式存在，为何以这么高的密度存在？是什么原因导致了大爆炸？如果一直膨胀下去，宇宙将怎样终结？物质与能量转换到哪里去了？物质与能量的守恒规律是否会被破坏？ 与宇宙相关的问题还有：宇宙是有限的还是无限的？宇宙有无开端，会不会终结？平行宇宙存在吗？ No. 3 暗能量问题 宇宙膨胀的原因或动力来源是什么呢？这一问题是宇宙膨胀理论最大的困惑。有学者认为，如果空间中存在一种暗能量，它具有负压强，则它就有可能推动宇宙膨胀。可见暗能量是为了解释宇宙膨胀原因而提出的假说。虽然是假说，但根据一些理论计算表明，暗能量占据宇宙68.3%的质能；暂时还不能因其是假说而否定暗能量的存在。暗能量具有什么性质，如何作用于宇宙膨胀？这些问题的渊源与宇宙膨胀问题有关，再早可以追溯至广义相对论；不过暗能量名词的提出却比较晚。 暗物质问题与暗能量问题已经成为二十一世纪最热门的科研课题，也是最为神秘的两个问题。 No. 4 物质结构问题 虽然物质结构的标准模型已经成熟，大多得到了实验的验证；但物质结构的问题还不少。为什么物质比反物质多？夸克为什么会禁闭？自旋量子数的物理意义是什么？微观粒子为什么会自旋？中微子的性质与结构及其原因是什么？为什么电子、质子、中子三者的磁矩并不按照电荷的对称性而对称，是否与对称性破缺有关？电流、电子的结构，摩擦生电的机制如何？基本粒子的性质与孤立子的性质为何这么相似，这说明了什么？宇宙中、自然界中广泛存在螺旋结果的原因什么？所有粒子是否只由一种单一粒子构成，这一猜想可能是物质结构
8.磁单极子的存在性问题解析
8、磁单极子的存在性问题 《自然杂志》１９卷４期的‘探索物理学难题的科学意义'的９７个悬而未决的难题：９３．自然界手征不对称起源的关键是什么？６９．磁单极是否存在？ 关于科学美的层次和分类，哈奇森认为，科学家感知的美的对象分别处于抽象程度不断增加的三个层次中。位于最低层次上的对象是构成科学题材的那些实体和现象，例如星星在夜空中以高度的多样性中的一致性排列。第二个抽象层次上的对象是自然定律，它在现象中不能直接看到，但是在理论提出的模型或阐明中变为明显的对象。第三个是数学定理和科学理论本身。在这里，他实际上区分了现象美和理论美。杨振宁建议，存在三种美：现象之美，理论描述之美，理论结构之美。当然，像所有这一类讨论一样，它们之间没有截然明确的分界线，它们之间有重叠，还有一些美的发展，人们发现很难把它们归入哪一类。科学美主要体现在实验美、理论美和数学美三个方面。实验美包括实验现象之美、实验设计之美、实验方法之美、实验结果之美。理论美分为描述美、结构美和公式美。数学美包括理论的数学表达的质朴美、和谐美和涵盖美。引用一下迪昂对于结构美的描绘：秩序无论在那里统治，随之都带来美。理论不仅使它描述的物理学定律更容易把握、更方便、更有用，而且也更美。追随一个伟大的物理学理论行进，看看它宏伟地展现了它从初始假设出发的规则的演绎，看看它的推论描述了众多的实验定律直至最小的细节，人们不能不被这样的结构之美而陶醉，不能不敏锐地感到这样的人的心智的创造物是真正的艺术品。 电磁一元论的历史比较短，H.C.Oersted先生在1820年7月21日发表了《关于磁针上电碰撞效应的实验》，1864年J.C.Maxwell先生发表了《电磁场的动力学理论》，为确立电磁一元论的统治地位奠定了理论基础。1892年H.A.Lorentz先生发表了《Maxwell电磁学理论及其对运动物体的应用》一文，创立了电子论的基础。J.J.Thomson先生在1892 年测定了电子的荷质比，证实了Lorentz先生的电子假说。1927年G.E.Uhlenbeck先生和S.Goudsmit先生发现了电子自旋，随即磁本质被诠释为电子自旋。1928年P.A.M.Dirac先生创立了相对论性量子力学，同年W.Heisenberg先生以1927年Heithler先生和London 先生提出的电子波交换作用能为出发点创建局域电子自发磁化理论模型。1936年 F.Bloch 先生开创了自旋波理论。1951年C.Herring等人提出了无规近似方法,创立了RPA理论。1973年T.Moriga等提出了比RPA理论更进一步的自洽的重整化的SCR理论。至此, 电磁一元论取得了绝对优势的统治地位。 电磁二元论要比电磁一元论源远流长。早在1780年C.A.Coulomb先生就断言电与磁是完全不同的实体，并在1787年的《论电和磁》的论文中发表了静磁作用和静电作用两个形