磁單極子被發(fā)現(xiàn)（磁單極子）

關于磁單極子被發(fā)現(xiàn)，磁單極子這個問題很多朋友還不知道，今天小六來為大家解答以上的問題，現(xiàn)在讓我們一起來看看吧！

1、這是一種到目前為止還基本上只是存在于理論之中的物質，如果找到了它們，不僅現(xiàn)有的電磁理論要作重大修改，而且物理學和天文學的許多基礎理論也都將得到重大發(fā)展。

2、 電磁疑云 電磁，電磁，在許多人的印象里，電和磁就像是一對相生相成、形影不離的孿生兄弟，也像是一對親密無間、夫唱妻隨的美滿佳偶。

3、說到電，必然也會說到磁；提到磁，自然也離不開電。

4、如充滿宇宙中的電磁波，它們對于我們來說簡直就是如雷貫耳，因為它們對宇宙天體和生命物質發(fā)揮著極為重要的作用，它們就是電性和磁性的統(tǒng)一體。

5、 電和磁確實有許多相似之處：帶電體周圍有電場，磁體周圍也有磁場；同種電荷相斥，同名磁極也相斥；異種電荷相吸，異名磁極也相吸；變化的電場能激發(fā)磁場，變化的磁場也能激發(fā)電場；用摩擦的方法能使物體帶上電，如果用磁鐵的一極在一根鐵棒上沿同一方向摩擦幾次，也能使鐵棒磁化——物理學家法拉第和麥克斯韋為此創(chuàng)立了“電生磁、磁生電”的電磁場理論。

6、 但是，實際上，就像再美滿恩愛的夫妻也會有性格上的差異和其它方面的不諧調，磁和電這對佳偶也并非是完全對稱的，這種不對稱性不論從宏觀還是微觀上都有所反映。

7、在宏觀上，從地球、月球、行星到恒星、銀河系和河外星系，不可勝數(shù)的天體以及遼闊無垠的星際空間，都具有磁場，磁場對天體的起源、結構和演化都有著舉足輕重的影響；可是電場在宇宙空間幾乎無聲無息，對豐富多彩的天文學似乎毫無建樹。

8、而從微觀上看：在磁與電的關系中，磁性是更為本質的東西，我們可以用磁來制約電，卻不能用電來制約磁(用電產(chǎn)生磁，例如電磁鐵，則是另外一回事)。

9、在電現(xiàn)象里，帶電體可分割成單獨帶有正電荷和負電荷的粒子，正、負電荷可以單獨存在；而磁體的兩極總是成對出現(xiàn)，無論磁針被分割成多少部分，無論把它分割得多么小，新得到的每一段小磁鐵總有兩個磁極，長久以來，人們從來沒有發(fā)現(xiàn)過單獨存在的磁極——磁單極子。

10、 多少年來，人們一直對電、磁這種宏觀和微觀上的不對稱感到困惑不解，特別是為什么正、負電荷能夠單獨存在，而單個磁極卻不能單獨存在，對此人們更是充滿了諸多的疑問。

11、 那么，磁單極子到底存不存在呢？1931年，著名的英國物理學家狄拉克首先從理論上用極精美的數(shù)學物理公式預言，磁單極子是可以獨立存在的。

12、他認為，既然電有基本電荷——電子存在，磁也應有基本磁荷——磁單極子存在，這樣，電磁現(xiàn)象的完全對稱性就可以得到保證。

13、因此，他根據(jù)電動力學和量子力學的合理推演，前所未有地把磁單極子作為一種新粒子提出來。

14、以前，狄拉克曾經(jīng)預言過正電子的存在，并已經(jīng)為實驗所證實；這一次他的磁單極子假設同樣震驚了科學界。

15、 在磁單極子的理論研究方面，除狄拉克最早提出的磁單極子學說外，還有其他一些科學家也曾提出過多種的學說，各有其特點和根據(jù)。

16、如著名的美籍意大利物理學家費米也曾經(jīng)從理論上探討過磁單極子，并且也認為它的存在是可能的。

17、華裔物理學家、諾貝爾物理學獎獲得者楊振寧教授等一些著名的科學家，也從不同方面和不同程度地對磁單極子理論做出了補充和完善。

18、它們彌補了狄拉克理論中的一些缺陷和不足，給磁單極子的設想輔以更堅實的理論基礎。

19、 蹤跡難尋 隨著磁單極子的提出，科學界由此掀起了一場尋找磁單極子的狂潮。

20、人們絞盡腦汁，采用了各種各樣的方法，去尋找這種理論上的磁單極子。

21、 科學家首先把尋找的重點放在古老的地球的鐵礦石和來自地球之外的鐵隕石上，因為他們覺得這些物體中，會隱藏著磁單極子這種“小精靈”。

22、然而結果卻令他們大失所望：無論是在“土生土長”的地球物質中，還是那些屬于“不速之客”的地球之外的天體物質中，均未發(fā)現(xiàn)磁單極子！ 高能加速器是科學家實現(xiàn)尋找磁單極子美好理想的另一種重要手段。

23、科學家利用高能加速器加速核子(例如質子)，以之沖擊原子核，希望這樣能夠使理論中的緊密結合的正負磁單極子分離，以求找到磁單極子。

24、美國的科學家利用同步回旋加速器，多次用高能質子與輕原子核碰撞，但是也沒有發(fā)現(xiàn)有磁單極子產(chǎn)生的跡象。

25、這樣的實驗已經(jīng)做了很多次，得到的都是否定的結果。

26、 古老巖石探測和加速器實驗所遭到的挫折，并沒有使科學家們氣餒，反而更加激發(fā)了他們的斗志，并促使他們廣開思路，想到了這也許是因為加速器的能量不夠大的緣故，他們一方面試圖研制出功能更加強大的加速器，一方面把目光投向能量更大的天然的宇宙射線，試圖從宇宙射線中找到磁單極子的蹤影。

27、從宇宙射線中尋找磁單極子的理論根據(jù)有兩方面：—種是宇宙射線本身可能含有磁單極子，另一種是宇宙射線粒子與高空大氣原子、離子、分子等碰撞會產(chǎn)生磁單極子。

28、他們曾經(jīng)把希望寄托在一套高效能的裝置上，因為這種裝置可以捕捉并記錄到非常微小、速度非?？斓碾姶努F(xiàn)象。

29、他們期待著利用這套裝置能把宇宙線中的磁單極子吸附上，遺憾的是這套裝置也未能使他們如愿以償，滿腔希望的他們又遭受了一次沉重的失望的打擊。

30、 但是，科學家們并不因此氣餒和放棄，他們仍在不斷地尋找著機會。

31、人類登月飛行的實現(xiàn)，又重新在科學家心目中燃起了熊熊的希望之火，讓科學家把目光投向那寂靜荒涼的地方，因為月球上既沒有大氣，磁場又極微弱，應該是尋找磁單極子的好場所。

32、1973年，科學家對“阿波羅”11號、12號和14號飛船運回的月巖進行了檢測，而且使用了極靈敏的儀器。

33、但出人意料的是，竟沒有測出任何磁單極子。

34、 曙光曾現(xiàn) 在對磁單極子進行尋找的過程中，人們“收獲”到的總是一次又一次地失望。

35、不過，在一次又一次沉重、濃郁的失敗的晦暗中間，也曾不時地閃現(xiàn)過一兩次美妙的希望曙光。

36、 有一些物理學家認為，磁單極子對周圍物質有很強的吸引力，所以它們在感光底板上會留下又粗又黑的痕跡。

37、根據(jù)這一特點，1975年，美國的一個科研小組，用氣球將感光底板送到空氣極其稀薄的高空，經(jīng)過幾晝夜宇宙射線的照射，發(fā)現(xiàn)感光底板上真的有又粗又黑的痕跡，他們欣喜若狂，于是迫不及待地在隨后召開的一次國際會議上聲稱，他們找到了磁單極子。

38、但是，對于那是否真的是磁單極子留下的痕跡，會上爭論很大，大多數(shù)科學家認為那些痕跡很明顯是重離子留下的，但試驗者還是堅持認為那是磁單極子留下的“杰作”。

39、雙方為此展開了激烈的爭論，誰也說服不了誰。

40、所以，到目前為止，這些痕跡到底是誰留下的，還是樁難以了斷的“懸案”。

41、 1982年，美國物理學家凱布雷拉宣布，在他的實驗儀器中發(fā)現(xiàn)了一個磁單極子。

42、他采用一種稱為超導量子干涉式磁強計的儀器，在實驗室中進行了151天的實驗觀察記錄，經(jīng)過周密分析，實驗所得的數(shù)據(jù)與磁單極子理論所提出的磁場單極子產(chǎn)生的條件基本吻合，因此他認為這是磁單極子穿過了儀器中的超導線圈。

43、不過由于以后沒有重復觀察到類似于那次實驗中所觀察到的現(xiàn)象，所以這一事例還不能確證磁單極子的存在。

44、 最近，一組由中國、瑞士、日本等多國的科學家組成的研究小組報告說，他們發(fā)現(xiàn)了磁單極子存在的間接證據(jù)，他們在一種被稱為鐵磁晶體的物質中觀察到反常霍爾效應，并且認為只有假設存在磁單極子才能解釋這種現(xiàn)象。

45、 雖然這些“發(fā)現(xiàn)”最終都沒有得到很確鑿的認證，但還是給科學家們增添了很大的信心。

46、 爭議難休 盡管磁單極子理論不斷地得到進一步地完善，但是，人們還是不得不面對這樣一個事實，那就是，與磁單子理論不斷“前進”的形勢相比，對磁單極子的尋找卻幾乎是“原地踏步”，理論和實踐相比，出現(xiàn)了極大的“不對稱”，實踐成了磁單子學說中的一條“短腿”。

47、從20世紀到21世紀，世界各地都在尋找磁單極子，在陸地、在海洋、在太空、在深海沉積物中、在月球的巖石上，卻還是很難發(fā)現(xiàn)磁單極子的蛛絲馬跡。

48、對于這種狀況，完全可以用這樣的詩句來形容：“上窮碧落下黃泉，兩處茫茫皆不見”。

49、 經(jīng)歷了這么長時間的尋找，可以說沒有一個科學家敢于理直氣壯地聲稱自己完全真正找到了磁單極子，于是，導致了關于磁單極子是否真的存在的疑云的產(chǎn)生，并且這種疑云漸漸地越積越厚，濃重地籠罩著科學界，并引發(fā)了新一輪的、更加激烈的關于磁單極子的爭議。

50、 對磁單極子的存在持否定態(tài)度的科學家大有人在，他們提出了這樣或那樣的理由加以論證，而其中最主要的理由就是：鳥過留聲、獸過留痕，如果磁單極子確實在宇宙中存在，它就總會留下蛛絲馬跡，但迄今為止，人們用最先進的方法和最精密的儀器，在各種物質中尋找磁單極子，都一無所獲。

51、因此可以認為，它們可能根本就是一種僅僅存在于人們主觀想象中的子虛烏有的產(chǎn)物。

52、 有意思的是，在19世紀末20世紀初，還曾有科學家用以太學說來否定磁單極子的存在：在人們能夠用光學方法探測到的太空中，彌漫著一種被稱為以太的物質。

53、由于以太的特殊性質，它們在太空中是以一種渦旋的狀態(tài)分布的，很明顯，宇宙中存在著大大小小的以太旋渦。

54、因為旋渦是一種轉動，這種旋渦不論大小，轉動的東西一定有一個轉軸。

55、以太的旋渦實質上就是磁場，一個轉軸有必定有兩端，也就是有兩個極，不存在只有一個端的轉軸，所以就不存在磁單極子。

56、但是，這一說法隨著以太學說的被拋棄而歸于銷聲匿跡。

57、 還有人這樣認為：“電場”和“磁場”是電荷和磁體四周存在著看不見、摸不著的物質。

58、電荷和磁體通過各自的“場”這種物質向另外的電荷和磁體施加作用，同時場還表達了電力或磁力作用的范圍；電力和磁力的無形的作用線分別稱為“電力線”或“磁感應線”。

59、因為電荷電場的電力線不是閉合的，它起源于正電荷，終止于負電荷，或延伸至無限遠，它在電荷處是不連續(xù)的；而磁體磁場的磁感應線永遠是閉合的，它在磁體內部和外部處處連續(xù)。

60、實驗中從來未見到過單個的磁極或磁荷，也從來未發(fā)現(xiàn)不閉合的磁感應線。

61、所以，在經(jīng)典電磁理論中，磁單極子存在的可能性就根本被排除了。

62、正是由于上述原因，十分強調對稱性的英國物理學家麥克斯韋在建立經(jīng)典電磁理論的時候，雖然為了對稱性也考慮過磁單極子，但是最終還是未敢貿然將它引入它的理論中。

63、因此，這種不對稱性在經(jīng)典電磁理論中就一直保留到今天。

64、 其中特別應該指出的是，就連到了晚年的狄拉克本人，也對磁單極子是否存在產(chǎn)生了深深的懷疑。

65、1981年，他在致一位友人的信中說：至今我已是屬于那些不相信磁單極子存在之列的人了。

66、因此，持否定觀點的人還認為，應盡早放棄對磁單極子的尋找，因為這種尋找無異于緣木求魚，只能是徒勞無功的。

67、 肯定磁單極存在者中，不乏非常杰出的物理學家。

68、他們堅持認為，磁單極子是存在的，但它們成對結合得太緊密了，現(xiàn)在所有的高能粒子尚不能把它們轟開。

69、但是，他們也認為，有一點是可以肯定的，這就是磁單極子即使存在，它們也極可能是在宇宙形成初期產(chǎn)生的，殘存下來的數(shù)量也是微乎其微的，因為假如宇宙間充滿了大量磁單極子，則宇宙間的磁場將不復存在。

70、這些磁單極子本來就很少，而且它們又散布在極其廣袤的宇宙之中，所以要找到它不是很容易的。

71、但是，如果磁單極子含量很少，那么正負磁單極子之間相互湮沒的幾率也同時就會很低，所以它們就更有可能被保存下來。

72、 也有的科學家首先肯定磁單極子的存在，但同時又承認磁單極子實際上很難發(fā)現(xiàn)。

73、他們的理由是：在人類觀測所及的范圍內，存在的大多數(shù)磁單極子應是屬于一種運動速度極其緩慢、“惰性”很強的“慢磁單極子”，而那些“精力充沛”、“運動神速”的“快磁單極子”，早已飛離銀河系，消失在無邊無際的宇宙空間。

74、但“慢磁單極”子對物質電離作用很弱，要想觀察到它們，需要有比現(xiàn)在裝置靈敏度高上萬倍的探測器才可以，而以目前的科技水平，這樣的探測器暫時還無法制造出來。

75、 有的科學家甚至還推算出了磁單極子的質量，證明了磁單極子質量大得驚人，約為質子質量的1億億倍，比細菌還要大！所以他們進一步認為，無論是現(xiàn)代加速器還是高能宇宙射線，都不能產(chǎn)生如此大質量的粒子，僅在宇宙誕生即宇宙大爆炸時，才有磁單極子生成所需的極高的溫度和極大的能量密度條件。

76、 特別值得一提的是，科學家雖然在實驗上尋找磁單極子時總是“掃興而歸”，但在預言磁單極子存在的理論卻不斷有創(chuàng)新。

77、如海嘯是一種駭人的自然現(xiàn)象，它常常導致海洋中產(chǎn)生一種異常穩(wěn)定的孤立波，即孤立子。

78、這種孤立子在波濤洶涌的大海中幾乎不受其它任何外來事物的干擾，永葆自己的波形和能量，不停地涌向遠方。

79、前蘇聯(lián)物理學家鮑爾雅科夫和荷蘭科學家特霍夫脫在對弱力和電磁力的關系進行研究時發(fā)現(xiàn)，在弱電場(弱力和電磁力是這種場的不同表現(xiàn))中，會發(fā)生“場嘯”，每次場嘯將產(chǎn)生與孤立子類似的粒子，他們認為這種粒子極有可能就是磁單極子。

80、 持肯定觀點的科學家都一致認為：雖然磁單極子非常少，但考慮到它對物理學所產(chǎn)生的巨大影響，完全值得不遺余力地去尋找。

81、 兩種觀點激烈交鋒，可謂是誰也說服不了誰。

82、 不言放棄 磁單極子理論自提出以來迄今，已逾半個多世紀，長期不能被證實，也不能被否定，這在科學史上是罕見的，因為一般的科學假設如果在這么長的時間內未被證實，人們就會將此假設否定或放棄。

83、 那么，對于經(jīng)歷了大半個世紀的探尋，基本上可以說是沒有什么突破性進展的磁單極子，人們是否最終也同樣會放棄尋找呢？ 實際上，自20世紀30年代以來至今，磁單極子一直是物理學家和天文學家的熱門話題，同時也引起了廣大科學愛好者的極大興趣，對它們的尋找就一直沒有停止過。

84、這是因為磁單極子復雜的相互作用過程，與目前我們所了解的一般電磁現(xiàn)象截然不同，磁單極子問題不僅涉及物質磁性的一種來源、電磁現(xiàn)象的對稱性，而且還同宇宙極早期演化理論及微觀粒子結構理論等有關。

85、磁單極子的引出對同性電荷的穩(wěn)定性、電荷的量子化、輕子結構、輕子和強子的統(tǒng)一組成、輕子和夸克的對稱等難題等，都能給以較好的解釋。

86、盡管迄今為止還沒找到磁單極子，但是，在關于磁單極子理論研究和實踐探索的半個多世紀中，采用了量子論、相對論和統(tǒng)一場論的復雜理論手段，聯(lián)系到最廣袤的宏觀世界和最細微的微觀世界，涉及到極漫長的和極短暫的時間尺度，它不僅給物理學帶來了活力，而且也向兩極不可分離的哲學信條提出挑戰(zhàn)。

87、 更為重要的是，在具體的對磁單極子進行探索過程中，對物理學特別粒子研究技術如加速器的發(fā)展，具有很大的促進作用。

88、雖然磁單極子假說到現(xiàn)在為止，還沒有能在實驗上得到最后的證實，但它仍將是當代物理學上十分引人注目的基本理論研究和實驗的重要課題之一，因為今天的磁單極子已成為解決一系列涉及微觀世界和宏觀世界重大問題的突破口，如果磁單極子確實存在，不僅現(xiàn)有的電磁理論要作重大修改，而且物理學以及天文學的基礎理論又將有重大的發(fā)展，人們對宇宙起源和發(fā)展的認識也會再深入一步。

89、 所以，總的看來，涉及磁學、電磁對稱、宇宙早期演化和微觀基本粒子結構等多方面的磁單極子問題還需要從實驗觀測和理論方面繼續(xù)進行研究，對它的尋找絕不應半途而廢，否則就會前功盡棄。

90、當然，要找到磁單極子，并不是件簡單容易的事情，而是一項長期而艱巨的任務，仍然要付出許多時間和精力，甚至可能要經(jīng)過好幾代人的努力，但科學家們絕不會輕言放棄。

91、 【名詞解釋】 狄拉克(1902—1984)：英國物理學家。

92、既在創(chuàng)建相對論性量子電動力學理論上有過重要貢獻，而且還先提出了反物質學說、磁單極子學說和基本物理常數(shù)隨時間變化學說，其中反物質學說已在實驗上得到證實，并成為阿爾法磁譜儀的重點研究對象。

93、由于對量子力學發(fā)展所作的貢獻，曾榮獲1933年諾貝爾物理學獎。

94、 孤立子：在江河湖海等水面中，僅有一個波峰，波長為無限，運動相對于時間及位置不作周期性變化的波動稱為孤立波，又稱為孤立子。

95、孤立波在其波峰附近，波面較陡，能量大多集中于此，當其波高與水深之比值(常應用的比值為0.78)增至一定量值時，波峰附近會出現(xiàn)破碎現(xiàn)象。

96、 以太：古希臘哲學家首先設想出來的一種媒質。

97、17世紀后為解釋光的傳播，以及電磁和引力相互作用現(xiàn)象而又重新提出。

98、當時認為，光是一種機械的彈性波，但由于這類波的傳播必須有某種彈性媒質作為媒介(如聲波的傳播要有空氣或水作為媒介)，而光卻可以通過真空傳播，所以必須假設存在一種尚未為實驗發(fā)現(xiàn)的以太作為傳播光的媒質。

99、為了解釋光在傳播中的各種性質，必須認為以太是無所不在的(包括真空和任何物質內部)，沒有質量的，而且是“絕對靜止”的。

100、電磁和引力作用則看作是以太中的特殊機械作用。

101、以太這一概念在19世紀曾被人們廣為接受，但后來也暴露了不少問題，如為了解釋更多的現(xiàn)象，它必須具有各種顯然是不合理的的性質；一些試圖用來確定以太存在的實驗往往又都歸失敗。

102、直到20世紀初，隨著相對論的建立和對場的進一步研究，完全確定了光(電磁波)的傳播和一切相互作用的傳遞都通過各種場，而不是通過機械媒質。

103、這樣，以太就成為了一個陳舊的概念而被拋棄。

104、 反?；魻栃好绹锢韺W家霍爾(1855-1938)發(fā)現(xiàn)，如果對位于磁場中的導體施加一個電壓，該磁場的方向垂直于所施加電壓的方向，那么在既與磁場垂直又和所施加電流方向垂直的方向上會產(chǎn)生另一個電壓，人們將這個電壓叫做霍爾電壓，產(chǎn)生這種現(xiàn)象被稱為霍爾效應。

105、更通俗地說，就是導體中有電流時，就有電荷載子在里面移動。

106、而當導體內有磁場時，導體內的電荷載子運動就會受影響，這些電荷載子因此可能就會往某一邊靠過去。

107、好比一條路，本來大家是均勻地分布在路面上，往前移動，當有磁場時，大家可能會被推到靠路的右邊行走。

108、故路(導體)的兩側，就會產(chǎn)生電壓差。

109、鐵磁材料的霍爾效應通常由兩部分構成，一般非磁金屬材料的電阻應正比于外加磁場，稱為一般霍爾效應。

110、然而在鐵磁金屬材料中，其電阻還與材料的磁化強度有關，此項被稱為反?；魻栃?。

本文分享完畢，希望對大家有所幫助。

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