磁为什么不能以单极的形式存在?

大卫Hans


答:“磁单极”是弦理论中预言的一种粒子,现还没有实验证实磁单极的存在,所以目前“磁单极”还处于研究阶段。



一块磁铁有南北两极,如果把磁铁分为两块的话,又会在新的磁铁中产生新的南北极,如果我们不断细分下去,就会在微观看到大量定向转动的电子,正是这些电子的磁矩叠加形成了磁铁的磁场。





电荷有正电荷和负电荷之分,磁铁的南极和北极却不可分,在物理学中,把磁体南北极分开的物质叫做“磁单极”,磁单极是当前物理学的研究课题之一。


最先从理论上预言磁单极的,是英国著名物理学家狄拉克;经过几十年的寻找,虽然有科学家宣称发现了磁单极,但发现磁单极的实验并不能被重复,所以没有得到科学界的认可。


在经典力学和相对论力学中,磁场的本质是电场,磁力的本质就是库仑力,两者的差异,只是在不同参考下表现出来的相对论效应而已。


一段环形的导线,电流在其中通过,根据麦克斯韦方程组描述,会在导线垂直方向产生一个磁场,磁场线是闭合的,不存在独立产生磁线的点,所以在该模型中磁单极不存在。


磁单极作为当今物理学的一个研究课题,尤其是弦理论给磁单极的存在,提供了理论上的可能行;倘若磁单极被证实存在,那么麦克斯韦方程组也会进行相应修正。



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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。


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这句话在我们已知的世界成立,在理论上磁单极是存在的,和正电荷负电荷的存在方式一样。

磁和电一直是双胞胎,不仅产生的相互作用一样,还能互相转化:变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场。在电磁理论中,磁和电是等价的:如果把所有的正电荷换成南极磁单极,把所有的负电荷换成北极磁单极,除了磁场和电场的互换,我们的世界不会发生任何变化。


我们已知的世界没有磁单极产生的原生磁场,现在发现的所有磁场都是由电场变化产生的衍生磁场。在原子结构中,电子会绕着原子核运动产生磁场,这个磁场带有方向,但是不可分割。一般情况下,物体中的这些磁场方向是随机的,磁性完全抵消,不完全抵消的物体就会变成有磁性的磁铁。

我们已知的世界是由属性为电荷的粒子构成,但磁和电如此相似,就像硬币的两面,很难相信电荷存在而磁单极不存在。可能在宇宙的某些地方由属性为磁单极的粒子构成,所有的电场都是磁场变化产生的衍生电场,找不到任何电荷。


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只要知道磁的本质,就明白为什么了。磁本身不是独立存在的物质,而是带电粒子运动所产生的必然结果。一条导线中有电流时,会在其周围产生磁场。磁铁中有很多整齐排列的电子自旋磁矩,因此也会在周围产生磁场。带电粒子运动所产生磁场的方向用右手定则判定,这个方向的出发点为N,终点为S。因此,磁现象出现时必然同时出现N和S。但磁铁有磁极只是我们直观看到的现象,是为了方便而定义的。磁场大小是用磁通来度量的(直观表达为磁力线的疏密)。而磁力线永远是闭合的,在磁铁外部从N指向S,在磁铁内部则相反。因此,磁力线并无起点和终点(这与电场完全不同)。观察一个园形电流环的磁场就能更好地理解这一点。实际上,所谓磁极只不过是磁力线最集中之处而已。

在磁学发展早期,人们曾假想存在磁荷(类似于电荷)。如果真有磁荷,磁单极就存在了,磁力线就可以不闭合。但磁荷始终未找到。在物理学中有个重要定理,形象地说就是:穿入和穿出任意闭合曲面的磁力线总数量永远相等,换言之磁单极不存在。


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大家知道,电荷的移动会产生磁场,同样的,磁场的变化也会产生电场,这样,法拉第就发现了电磁场理论。



电荷分正电荷和负电荷,正电荷和负电荷很容易产生,比如用丝绸摩擦玻璃棒,玻璃棒就带了正电荷,用毛皮摩擦橡胶棒,橡胶棒就带了负电荷。这样看来,正负电荷是可以分开,单独存在的。



那么,和电荷相关联的磁极,比如N极是否也可以单独存在呢?不能,至少到目前来说是不能,事实上也没有找到单独存在的磁极。为什么?这可以从二个方面的理论来说明。



首先可以从磁畴理论来说明,我们知道物质是由原子组成,原子由原子核和电子,电子在围绕核运动,电子的运动产生磁场,所谓的磁畴是由n个原子组成的量子,磁体就是由能产生磁场的磁畴组成,磁畴我们可以想像成极小的磁体(量子化的),这些磁畴(想象成极小的磁体),如果排立是混乱的,那这个物体就不带磁,不是磁体,如果在磁场的作用下,磁畴能整齐排立,N极或S极都朝同一个方向,这个物体就成了磁体,比如磁铁,它的磁畴就能在磁场的作用下,排立成和磁场方向一致的,N极朝着同一个方向的磁体,组成一个大磁体。这样,我们就明白了,为什么磁极不能单独存在。比如上面那个磁体,我们从中间破开,红色的那部分还是由磁畴组成,左边还是N极,右边还是S极,这样一分二,二分四,四分八,一直分到单个磁畴,它还是有N极和S极,磁畴就不能再分了,因为它是量子,物理方法是不能分割量子的(根据测不准原理,你都不能确定它的位置),只能用化学方法,比如用盐酸溶解磁铁,那就变成了氯化铁,氯化铁不是顺磁体,不可能带磁,这样磁体也就消失了,N极和S极同时消失了。所以说单独磁极不能存在。



再从高深一点的理论来解释。我们知道,19世纪最伟大的电磁场理论科学家麦克斯韦,统一了法拉第,高斯等等科学家的电磁场理论,提出了著名的麦克斯韦方程的微分形式和积分形式,指出电磁波速度和光波一致,光是电磁波的一种。磁场产生的电场是涡旋场,那时的电力线是闭合的,但单独的电荷(正电荷或负电荷)的电力线可以是不闭合的。而磁场始终是涡旋场,磁力线始终是闭合的,这样从理论上证明了存在单独的磁极的不可能性。所以如果你能找到单独存在的磁极,那你就能颠覆伟大的麦克斯韦方程,也将像杨振宁一样得诺贝尔奖了。啰嗦一句,杨振宁就是推翻了宇称守恒定律,而获得了诺贝尔奖。下面就是统一了电磁场理论,提出著名的麦克斯韦方程的电磁场理论科学家麦克斯韦肖像。



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电场磁场是一对孪生姐妹的假设有问题。我是个学化工的外行,提个幼稚的假设,请学物理的专家论证一下?电流、磁流或称磁场有本质的区别,前者是物质、后者为能量。电能是电子传输的结果,没有收获电子就不会产生能量,而电子属于粒子、物质,可以分隔而产生单体、单极,失去电子为正、夺得电子为负。电荷是物质的一个静止状态,可以单独存在。

虽然电流和磁铁均可以产生磁场,但磁场是个能量的动态。而且磁铁不必通过电流而产生磁场,换言之,磁场是一种不可分割的能量流而不是像电子一样的物质流。既然是能量流就必有始点和终点,两者共存,切掉始点或终点就等于切断了能量流。实际上,万有引力就相当于一种场,这也是没有成熟而得到认可的天体理论假设之一。


Lauzi


其实很多问题最终都可以归纳到电,磁,光之间的关系和转化。

首先,我先从已知的入手,带大家分析一下!电由电子产生,磁却没有磁单子,光呢可以说是有光量子组成,光却没有电和磁那么明显的电磁作用。

接着,我们就可以从上面的事实很明显的发现一些问题。

1-在电,磁,光中,有组成实体最小单位的有电,光勉强算是,磁呢,并没有磁单子,说明什么?说明磁是不存在的,至少是不存在于可观察的物质结构!(哈哈哈,得出这种结论估计有很多人会吐槽我!)物理上都说磁是由运动的电荷产生的,那么我们可以进一步得到结论,磁是运动电荷在时空上力的体现!

2-第一个推论已经说明了磁是不存在的,那么只剩下了电和光!首先,我们进一步分析这两者的关系和异同点!(1)相同点,都有最小组成单位(2)不同点:a~光在时空里做大范围移动,而电呢,通常表现为小范围的绕核运动;b~电能产生电场,光却没有;c~电子比光子更具有物质性,可以说电子在时空的物质性上比光子大;(3)相互关系~光的本质是电磁波,然而电磁波是由相互垂直的电磁场衍生的!

现在我们来梳理一下前面一些乱七八糟的关系,(1)电产生电场,运动电产生磁场,电场和磁场垂直产生光!说明了什么?说明光是由电激发产生的!同时,在激发光的过程中,我们发现电的物质性并没有减少?说明什么?说明光跟电并没有物质上的必然关系!〔通俗点说,就是光并不是电组成的,只是电激发产生的!〕然而,光却是有物质性的,物质怎么凭空出现了?这说明什么了呢?!哈哈哈哈哈,看到这里的小伙伴可以自己想一下,估计会有些感触吧!。。。字数限制,后面推论我就不写了,具体大家可以去看我的文章~~世界论第5版~~当然,对科学研究,世界本质感兴趣的土豪可以赞助我,你花钱我研究,成果归你,偌贝尔浆也给你!


世界论


一条磁铁,南北两极,南用S北用N,断开磁铁,南S不变的情况下,会得到一个新的北n。北N不变的情况下,会得到一个新南s。问题来了,新北n和新南s应该互相吸引,但是她俩现实是排斥的,也就是说她俩是nn或ss,问题又来了,是原来的南S变了,还是原来的北N变了呢,要是都变了,还是应该吸引啊,要是变一个,为啥另一个不会变。


七月165537972


这还用问,很简单就能理解,,磁铁分为N和S级,N和S级总称就是磁铁,只有一节的话估计就叫费铁了, ,电压也是一样如果只有正电荷量没有负电荷量就不会产生电压,也就是不会有电了。具体分析的话要扯扯我们的化学方面的分子量子了,总之这种白痴的问题没有你想要的答案


马小跳192223197


宇宙和宇宙任何物质源于相生相反相对的特性,这是铁律,反之一切皆无,所以磁单极不存在,磁铁原子的规律排列每个原子就是一个磁钜,切断仍有s和N两极,磁粒子进入导体内规律流动就是电流、电荷本质,并非电子流动,光丶电、磁都源于暗物质。原创理论,引用声明。


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