8.磁單極子的存在性問(wèn)題

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1、8、磁單極子的存在性問(wèn)題《自然雜志》19卷4期的'探索物理學(xué)難題的科學(xué)意義'的97個(gè)懸而未決的難題：93.自然界手征不對(duì)稱起源的關(guān)鍵是什么？69.磁單極是否存在？關(guān)于科學(xué)美的層次和分類，哈奇森認(rèn)為，科學(xué)家感知的美的對(duì)象分別處于抽象程度不斷增加的三個(gè)層次中。位于最低層次上的對(duì)象是構(gòu)成科學(xué)題材的那些實(shí)體和現(xiàn)象，例如星星在夜空中以高度的多樣性中的一致性排列。第二個(gè)捕彖層次上的對(duì)彖是口然定律，它在現(xiàn)彖中不能直接看到，但是在理論捉出的模型或闡明中變?yōu)槊黠@的對(duì)彖。第三個(gè)是數(shù)學(xué)定理和科學(xué)理論本身。在這里，他實(shí)際上區(qū)分了現(xiàn)象美和理論美

2、。楊振寧建議，存在三種美：現(xiàn)象Z美，理論描述Z美，理論結(jié)構(gòu)Z美。當(dāng)然，像所有這一類討論一樣，它們Z問(wèn)沒(méi)有截然明確的分界線，它們之間有重疊，還有一些美的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)很難把它們歸入哪一類?？茖W(xué)美主耍體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)美、理論美和數(shù)學(xué)美三個(gè)方而。實(shí)驗(yàn)美包括實(shí)驗(yàn)現(xiàn)彖Z美、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)Z美、實(shí)驗(yàn)方法之美、實(shí)驗(yàn)結(jié)果Z美。理論美分為描述美、結(jié)構(gòu)美和公式美。數(shù)學(xué)美包括理論的數(shù)學(xué)表達(dá)的質(zhì)樸美、和諧美和涵蓋美。引用一下迪昂對(duì)于結(jié)構(gòu)美的描繪：秩序無(wú)論在那里統(tǒng)治，隨Z都帶來(lái)美。理論不僅使它描述的物理學(xué)定律更容易把握、更方便、更有用，而且也更美。追隨一個(gè)

3、偉大的物理學(xué)理論行進(jìn)，看看它宏偉地展現(xiàn)了它從初始假設(shè)出發(fā)的規(guī)則的演繹，看看它的推論描述了眾多的實(shí)驗(yàn)定律直至最小的細(xì)節(jié)，人們不能不被這樣的結(jié)構(gòu)2美而陶醉，不能不敏銳地感到這樣的人的心智的創(chuàng)造物是真正的藝術(shù)品。電磁一元論的歷史比較短,H.C.Oersted先生在1820年7月21日發(fā)表了《關(guān)于磁針上電碰撞效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)h1864年J.C.Maxwel1先生發(fā)表了《電磁場(chǎng)的動(dòng)力學(xué)理論》，為確立電磁一元論的統(tǒng)治地位奠定了理論基礎(chǔ)。1892年H.A.Lorentz先牛:發(fā)表了^Maxwell電磁學(xué)理論及其對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的應(yīng)用》一文，創(chuàng)立

4、了電子論的基礎(chǔ)。J.J.Thomson先生在1892年測(cè)定了電子的荷質(zhì)比,證實(shí)了Lorentz先生的電子假說(shuō)。1927年G.E.Uhlenbeck先生和S.Goudsmit先生發(fā)現(xiàn)了電子自旋,隨即磁本質(zhì)被詮釋為電子自旋。1928年P(guān).A.M.Dirac先牛創(chuàng)立了相對(duì)論性量子力學(xué)，同年W.Heisenberg先牛以1927年Heithler先牛:和London先工提出的電子波交換作用能為出發(fā)點(diǎn)創(chuàng)建局域電子自發(fā)磁化理論模型。1936年F.Bloch先生開創(chuàng)了口旋波理論。1951年C.Herring等人提出了無(wú)規(guī)近似方法，創(chuàng)

5、立了RPA理論。1973年T.Moriga等捉出了比RPA理論更進(jìn)一步的自洽的重整化的SCR理論。至此，電磁一元論取得了絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的統(tǒng)治地位。電磁二元論要比電磁--元論源遠(yuǎn)流長(zhǎng)。早在1780年C.A.Coulomb先生就斷言電與磁是完全不同的實(shí)體，并在1787年的《論電和磁》的論文中發(fā)表了靜磁作用和靜電作用兩個(gè)形式相同的數(shù)學(xué)定律。陽(yáng)電磁二冗論關(guān)于磁荷模型歷來(lái)存在兩種針鋒相對(duì)的觀點(diǎn)。第一種是磁單極了（北磁了或南磁了）模型，由Coulomb先生于1787年正式提出來(lái)。但是，由于這種模型不能解答為何一個(gè)條形磁棒不論碎成多少段，

6、每一段均還能保持南北兩極，便被他拋棄了，轉(zhuǎn)而選擇了磁偶極子模型。1843年W.E.Wcber先住發(fā)表《單極感應(yīng)和磁流體存在假說(shuō)》一文。1931年Dirac先生捉岀了磁單極子的量子假說(shuō)。1974年以來(lái)發(fā)展起來(lái)的M理論，再次預(yù)言了磁單極子的存在性。1982年5月，BlasCabrera先生宣布他用20cm直徑的超導(dǎo)線圈和超導(dǎo)量了干涉儀組成的磁強(qiáng)針發(fā)現(xiàn)了一個(gè)町能的磁單極了的事例。這一事件促使TBM實(shí)驗(yàn)小組，神戶人學(xué)實(shí)驗(yàn)小組，Tokyo,Bologna和Kamioka等實(shí)驗(yàn)小組做了人最相同和相似的觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，最終一概否定了Cab

7、rera等人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。第二種則是磁偶極子（磁雙極子或最小磁針）模型，也是由Coulomb先生于1787年提HU尤其是1961年B.Deaver和W.Fairbank這兩位先生在純錫管狀樣品的凍結(jié)磁通的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了量了化的磁通量——即磁通量了①°。促使筆者認(rèn)為①。正是磁偶極了模型的基元，我們稱它為“磁子”——即最小磁針或最小磁荷，并認(rèn)為只有建立在這種最小磁偶極子基礎(chǔ)上的一切相關(guān)的唯象的或量子的理論，才是正確的磁-電學(xué)理論。實(shí)驗(yàn)上確認(rèn)的量子化的磁通量①。的存在性，宣告了電磁二元論的真實(shí)性和正確性的同時(shí)，也宣判了磁單極子假

8、想模型的死刑！Coulomb先生1787年提出的真空中宏觀的電相互作用定律和磁相互作用定律分別為F嚴(yán)亠進(jìn)（1）4亦0r[,2對(duì)于任何一對(duì)各攜帶一個(gè)基本電荷e且相距一定距離廠的粒了，根據(jù)（1）式，令ql=q2=ef我們可得電相互作用能為we=—?——（3）4碼r類似地，對(duì)于任何一對(duì)各攜帶一個(gè)基木磁荷①。且相距一定距離廠的粒子，根據(jù)（