关于物理的

热心网友：磁单极　　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，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。 　　1932年，著名的英国物理学家狄拉克，从理论上预言磁单极是可以独立存在的。他认为：“既然电有基本电荷——电子存在，磁也应该有基本磁荷——磁单极子存在。”他的这一预见吸引了不少物理学家用各种方法去寻找磁单极子。人们在各种物质中，如矿物、火山灰、陨石、月球土壤中寻找磁单极子；也在加速器产生的粒子中寻找过磁单极子，用最先进的方法和最精密的仪器，但都一无所获。渐渐地，人们认为磁单极子可能根本不存在。 　　但是，在1975年，美国科学家在高空气球上探测宇宙射线时，意外地发现了一条单轨迹。经分析，认为这条轨迹是磁单极子留下的痕迹。然而这并不能说明真正找到了磁单极子。1982年2月14日，美国斯坦福大学的物理学家布拉斯·卡布雷拉宣布，他利用超导线圈发现了一个磁单极子，不过后来再没有找到新的磁单极子。科学实验必须能经得起多次的重复，所以，仅有这一事例还不能证实磁单极子的存在。 　　目前，寻找磁单极子的工作仍在继续进行，科学家们不断改进实验方法，提高探测仪器的精度。实现理想也许要经过好几代人的努力，这是一项长期而艰巨的任务。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。这样磁矩的两个磁极(北极和南极，或称正磁极和负磁极)便是不能分开和分离存在的。这同物质的电性是很不相同的。因为电性中既有电矩(带有正电极和负电极)的存在，也有分开的正电荷和负电荷的存在。这样就造成了磁和电的不对称，使描述电磁现象的麦克斯韦电磁方程组也显得不对称，例如电通密度的散度为电荷密度，而磁通密度的散度却为零(0)，因为只有磁矩，没有分离的磁荷(磁极)。但是获得1933度诺贝尔物理学奖的英国物理学家狄拉克在1931年提出了磁单极子理论。这位物理学家既在创建相对论性量子电动力学理论上有过重要贡献，而且还有先提出了反物质学说、磁单极子学说和基本物理常数随时间变化学说，其中反物质学说已在实验上得到证实，并成为阿尔法磁谱仪的重点研究对象。而磁单极子学说自从1931年提出以来，到现在一直受到实验观测和理论研究的重视。这是因为磁单极子问题不仅涉及物质磁性的一种来源，电磁现象的对称性，而且还同宇宙极早期演化理论及微观粒子结构理论等有关，故成为科学界关注的一个重要问题。例如在实验观测方面，曾利用多种高能加速器进行许多实验，但都未能产生出磁单极子；曾对地球古代大陆岩石和海洋底岩石、从天外降落到地球上的各种陨石、从月球带回地球的月球岩石等进行观测也未观测到磁单极子及其留下的特征径迹，曾利用高空气球和空间飞行器上的粒了探测器探测磁单极子，在很多次探测中仅观测到一次的粒子径迹(图2)，经多方面分析研究，认为很可能是磁单极子的径迹，但至今尚未得到重复证认；还曾多次在地面实验室中利用高灵敏度和高磁屏蔽的超导量子干涉仪(SQUID)式磁强计进行磁单极子的探测，进行了长达151天的日夜不停的磁单极子探测，仅有一次观测结果(图3)经仔细分析研究，排除了多种干扰，认为是一次磁单极子事例，但是后来虽然经过多次重复探测，并且改进和增大了测量装置，提高了测量灵敏度，但是都未能再观测到磁单极子。总的说来，几十年来经过多方面和大量的关于磁单极子的实验观测，虽然曾有过两次可能是磁单极子的观测事例，但都尚未能得到重复的证实。 　　在磁单极子的理论研究方面，也曾提出过多种的学说，各有其特点和根据。例如，除狄拉克最早提出的磁单极子学说外，还有：磁荷和电荷完全对称并具有新的量子化条件的全对称磁单极子学说；由著名华裔物理学家、诺贝尔物理学奖获得者杨振宁教授等提出的采用纤维丛新数学方法的量子力学磁单极子学说；应用统一规范场理论的规范磁单极子学说；应用爱因斯坦-麦克斯韦耦合场的相对论性耦合场磁单极子学说；应用超弦理论和4维规范模型的超重磁单极子学说；超对称和超弦磁单极子学说等。 　　总的看来，涉及磁学、电磁对称、宇宙早期演化和微观基本粒子结构等多方面的磁单极子问题是仍需要从实验观测和理论方面继续进行研究的科学问题。