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是電荷單極被人們誤解了,還是理論上有磁單極的物質存在?

先秦時代我們的先人已經積累了許多這方面的認識,在探尋鐵礦時常會遇到磁鐵礦,即磁石(主要成分是四氧化三鐵)。這些發現很早就被記載下來了。

《管子·地數》篇中最早記載了這些發現:「上有慈石者,其下有銅金。」

其他古籍如《山海經》中也有類似的記載。

磁石的吸鐵特性很早就被人發現,《呂氏春秋》九卷精通篇就有:「慈招鐵,或引之也。」那時的人稱「磁」為「慈」他們把磁石吸引鐵看作慈母對子女的吸引。並認為:「石是鐵的母親,但石有慈和不慈兩種,慈愛的石頭能吸引他的子女,不慈的石頭就不能吸引了。」

漢以前人們把磁石寫做「慈石」,是慈愛石頭的意思。

當把兩塊磁鐵放在一起相互靠近時,有時候互相吸引,有時候相互排斥。現在人們都知道磁體有兩個極,一個稱N極,一個稱S極。同性極相互排斥,異性極相互吸引。

什麼是磁性?簡單說來,磁性是物質放在不均勻的磁場中會受到磁力的作用。在相同的不均勻磁場中,由單位質量的物質所受到的磁力方向和強度,來確定物質磁性的強弱。因為任何物質都具有磁性,所以任何物質在不均勻磁場中都會受到磁力的作用。

有理論說電場磁場是一對孿生姐妹,有磁場必有電場,它們互相依靠能量轉化,但表像為什麼不對稱呢?是電荷單極被人們誤解了,還是理論上有磁單極的物質存在?

磁單極子可以說是21世紀物理學界重要的研究主題之一。磁單極子是科學家在理論物理學弦理論中提出的僅帶有北極或南極單一磁極的假設性磁性粒子。

1932年,著名的英國物理學家狄拉克,從理論上預言磁單極是可以獨立存在的。他認為:「既然電有基本電荷——電子存在,磁也應該有基本磁荷——磁單極子存在。」

2009年9月3日出版的《科學》雜誌上,發布了一篇報道,報道說,德國亥姆霍茲聯合會研究中心的研究人員在德國德累斯頓大學、聖安德魯斯大學、拉普拉塔大學及英國牛津大學同事的協作下,首次觀測到了磁單極子的存在,以及這些磁單極子在一種實際材料中出現的過程。

英國《自然》雜誌網站2014年1月29日報道,美國艾姆赫斯特學院科學家戴維·霍爾團隊表示,他們在自旋凝聚態所產生的人造磁場中,獲得了在凝聚態內渦線末端的磁單極子的真實空間圖像,提供了證明狄拉克磁單極子存在的證據。

但是,沒有實驗可以重複他們的結果,所以無法證明他們的說法。

在物質世界中,這是相當特殊的存在,因為磁性粒子通常總是以偶極子(南北兩極)的形式成對出現。因為,如果將一塊磁鐵砍成兩半,你會得到兩個更小的磁鐵,原來的磁鐵和新磁鐵都有「南」極和「北」極。而且,無論磁鐵被分割成多少部分,無論把它分割得多麼小,新得到的每一段小磁鐵總有兩個磁極。

所以,磁單極子看起來是多麼的不可思議。

目前,尋找磁單極子的工作仍在繼續進行,科學家們不斷改進實驗方法,提高探測儀器的精度。實現理想也許要經過好幾代人的努力,這是一項長期而艱巨的任務。

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