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        磁單極子面臨新的技術(shù)性難題

        2020-03-11 03:07:39王旭東
        廣西物理 2020年4期
        關(guān)鍵詞:磁極磁場(chǎng)規(guī)則

        王旭東

        (樂(lè)山師范學(xué)院,四川 樂(lè)山 614000)

        1 引言

        磁單極子也稱為磁荷,分為N 性與S 性兩種磁荷,它們遵守同性相斥,異性相吸規(guī)則;磁荷所產(chǎn)生的磁場(chǎng)線與電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)線有相似之處。人們預(yù)言存在磁荷的的理由之一是對(duì)稱性,建立其概念的重要目的之一,是想要用磁荷所產(chǎn)生的純粹的某一性的磁場(chǎng)(線),取代傳統(tǒng)的磁場(chǎng)(線)。

        存在磁單極的預(yù)言是狄拉克在1931 提出來(lái)的?!八鶕?jù)量子力學(xué)研究一個(gè)磁單極子場(chǎng)中的單個(gè)電子時(shí),發(fā)現(xiàn)角動(dòng)量量子化要求基本電荷e和基本磁荷g之間有如下關(guān)系:eg=h/2(其中h=h/2π)。這樣,磁單極子的存在就能用來(lái)解釋電荷的量子化”[2]。狄拉克還預(yù)言:“從一個(gè)磁單極子發(fā)出的磁通量是g(4πr2)/r2=4πg(shù)=h/e=2φ0。這正好精確地等于超導(dǎo)的磁通量子φ0的兩倍”[2]。這又進(jìn)一步增大了磁單極子存在的可能性,于是人們就大力地去尋找它,……,但是,到如今,還是沒(méi)有確切地找到它。

        2 現(xiàn)實(shí)磁場(chǎng)線的結(jié)構(gòu)

        在此,先分析傳統(tǒng)的磁場(chǎng)(線)的結(jié)構(gòu)。通常我們會(huì)認(rèn)為磁場(chǎng)只有兩個(gè)極(N 極和S 極),當(dāng)然這是從宏觀上或外觀上觀察到的結(jié)果,當(dāng)我們進(jìn)入或分析磁場(chǎng)的內(nèi)部,將磁場(chǎng)線分割成無(wú)窮短后,它仍然具有N 極和S 極的磁極,我們可把這樣無(wú)窮短的磁極稱為“微磁極”,“微磁極”的結(jié)構(gòu)就是“-N-S-”,當(dāng)無(wú)數(shù)“微磁極”根據(jù)同性相斥,異性相吸規(guī)則,鏈接起來(lái)后,就形成由無(wú)數(shù)“微磁極”構(gòu)成的磁鏈(-N-S-.-N-S-.-N-S-),最終形成互不交叉的、閉合的磁場(chǎng)線。在磁場(chǎng)線上的磁場(chǎng)方向是單向的,處處都有方向一致的“微磁極”,因此,我們可以在磁場(chǎng)線上的任何一處,都能判斷其磁場(chǎng)方向;-N-S-.-N-S-.-N-S-構(gòu)成的磁鏈,就是傳統(tǒng)磁場(chǎng)線的結(jié)構(gòu)。

        無(wú)論從N 極或S 極發(fā)出的磁場(chǎng)線,它們都含有相同的結(jié)構(gòu)成分(-S-N-.-S-N-.-S-N-;-N-S-.-N-S-.-N-S-),在磁場(chǎng)線上,處處都含N 性(極)成分和S 性(極)成分,并且N 與S 等量、同時(shí)產(chǎn)生與同時(shí)消失,具有完全的對(duì)稱性。磁場(chǎng)線就是N 性與S 性成分的有機(jī)結(jié)合。

        3 磁單極子的磁場(chǎng)線結(jié)構(gòu)

        按照磁單極子這一概念(觀點(diǎn)),N 性磁荷所產(chǎn)生的磁場(chǎng)線,就是純粹的N 性磁場(chǎng)線,線上不含有S 性成分,同樣,S 性磁荷所產(chǎn)生的磁場(chǎng)線,就是純粹的S 性磁場(chǎng)線,線上不含有N 性成分,那么,N 性磁荷產(chǎn)生的磁場(chǎng)線的結(jié)構(gòu)就是-N-N-N-N-,S 性磁荷產(chǎn)生的磁場(chǎng)線的結(jié)構(gòu)就是-S-S-S-S-。

        4 磁場(chǎng)線的結(jié)構(gòu)問(wèn)題

        假定以上分析正確,顯然,傳統(tǒng)磁場(chǎng)與磁單極子它們所產(chǎn)生的磁場(chǎng)線,其結(jié)構(gòu)是不相同的。在此的問(wèn)題是:

        第一.-N-N-N-N-,-S-S-S-S-結(jié)構(gòu)的磁場(chǎng)線,能否代替-S-N-.-S-N-.-S-N-;-N-S-.-N-S-.-N-S-結(jié)構(gòu)的磁場(chǎng)線嗎。

        第二.在-N-N-N-N-,-S-S-S-S-結(jié)構(gòu)的磁場(chǎng)線上,我們?nèi)绾闻袛嗥浯艌?chǎng)方向(如:在某一點(diǎn)的某一方向,被確認(rèn)為N 性,那么它的相反方向該是什么性,又如何來(lái)確認(rèn))。

        第三.磁單極子所產(chǎn)生的磁場(chǎng)(線),它還遵守同性相斥,異性相吸之規(guī)則嗎。

        第四.-N-N-N-N-,-S-S-S-S-結(jié)構(gòu)的磁場(chǎng)線,在整個(gè)線上,處處都是相斥的狀態(tài),它是如何根據(jù)同性相斥,異性相吸規(guī)則鏈接成線的?;蛘哒f(shuō),在其磁場(chǎng)線上,是如何克服相鄰兩點(diǎn)的同性相斥問(wèn)題,而鏈接成互不交叉的、閉合的磁場(chǎng)線。

        第五.如果-N-N-N-N-,-S-S-S-S-結(jié)構(gòu)的磁場(chǎng)線,不是根據(jù)同性相斥,異性相吸規(guī)則鏈接成線的,那么,它是根據(jù)什么規(guī)則(“新規(guī)則”)鏈接成線的。傳統(tǒng)的磁場(chǎng)(線)又是否遵守這個(gè)“新規(guī)則”。如果傳統(tǒng)的磁場(chǎng)(線)不遵守這個(gè)“新規(guī)則”,那么,磁單極子還能否有產(chǎn)生傳統(tǒng)磁場(chǎng)(線)的資格。如果說(shuō)沒(méi)有“新規(guī)則”,在同性相斥之下,還能產(chǎn)生-N-N-N-N-,-S-S-S-S-這樣結(jié)構(gòu)的磁場(chǎng)線嗎,磁單極子這一概念,還能存在得下去嗎。

        查閱相關(guān)資料,未發(fā)現(xiàn)有關(guān)于以上問(wèn)題的討論。顯然以上均是需要明確、具體回答或充分討論清楚的重要內(nèi)容,因?yàn)橐陨先魏我豁?xiàng),都是能決定磁單極子這一概念成立與否的、根本性、技術(shù)性的內(nèi)容與問(wèn)題。

        5 結(jié)論

        當(dāng)初提出磁單極子(磁荷)這一概念之時(shí),所追求的就是純粹的、獨(dú)立的、單一性的“磁荷”;又把“磁荷”及磁場(chǎng)線,簡(jiǎn)單地想象成相似于電荷及電力線,簡(jiǎn)單地認(rèn)為磁場(chǎng)只有兩個(gè)極(有形的、可視的),而忽視了現(xiàn)實(shí)的磁場(chǎng)線具有閉合性,忽視了在無(wú)形(不可視的)的磁場(chǎng)線上,處處都含有N 極與S 極,現(xiàn)實(shí)的磁場(chǎng)線是兩性(N 性與S 性)的有機(jī)結(jié)合之結(jié)構(gòu),不是單純的單性結(jié)構(gòu)。

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