第659章 电与磁!对称和破缺之美!磁单极子!轰动学界!理论狂潮!
英国,剑桥大学。
狄拉克在演讲完后,就一直待在自己的办公室内。
关于量子场论,他有了一个全新的想法。
早在从狮城坐船回来的路上,他就问过玻尔一个非常朴素的问题:
“玻尔教授,电荷为什么是量子化的?”
电磁学已经发展了100多年,好像从来没有人考虑过这个问题。
哪怕量子概念诞生了,也是首先把能量给量子化了。
因为能量在大家的经验中,是连续的,是可以无限分的。
所以能量量子化会引起人们的格外注意。
但电荷不同。
自从电子被发现后,物理学界已经默认,一个电子所带的电荷就是一个基本单位的负电荷。
后来,随着原子学的发展越来越深入,人们又发现了质子、中子等其它粒子。
巧合的是,一个质子所带的电荷也是一个基本单位的电荷,而且是正电荷。
为什么不是一个质子带1.5个正电荷呢?
这样的话,两个质子就能和三个电子保持电荷平衡,原子结构也许依然能稳定。
换句话说:为什么所有带电粒子的电荷都是电子电荷的整数倍,而不是分数倍?
从来没有人想过这个问题。
或许有人想过,但不知道怎么解释。
当时,玻尔是这样回答的:
“这是宇宙的底层规则之一。”
“就跟光速为什么是30万公里每秒一样。”
“它是公理,没有办法用更基本的概念推导。”
然而,狄拉克并不满意这个回答。
他紧接着又问了一个奇怪的问题。
“从对称的角度看,电和磁应该是相互对称的。”
“电荷有正电荷和负电荷,磁场有南极和北极。”
“但为什么电荷可以单独存在,磁荷不能单独存在呢?”
“宇宙中存在磁单极子吗?”
哗!
玻尔心中震撼!
好家伙,现在的年轻人怎么一直在想稀奇古怪的东西。
这容易钻牛角尖啊。
在物理学中,相反的电荷结合在一起,就把它们称为“偶极子”。
当一个单独的电荷存在时,就叫它“单极子”。
化学中也引入了这种概念,凡是两极结合在一起,都可以称为偶极子。
很明显,电荷能够单独存在单极子。
一个电子可以单独存在,一个质子也可以单独存在,它们都只带一种电荷。
于是问题来了。
磁单极子是否存在呢?
玻尔仔细想了想,貌似还真没有人提出过这个问题?
或者提出了,也只是不了了之,没有引起什么反响。
因为答案很显然:不存在。
从生活中就能找到最好的例子。
把一块磁铁掰成两截,并不会得到一个单独的北极和一个单独的南极。
而是得到了四个磁极,两截的磁铁,又分别有了自己的南北极。
如果继续掰下去,就得到8极、16极.
总之,不可能有单独存在的磁单极子。
玻尔只能说道:
“我认为是不存在的。”
但是狄拉克却仿佛自言自语道:
“可是电和磁明明是对称的现象啊。”
“电有电场,磁有磁场;”
“电能生磁,磁能生电;”
“但是电有电荷,有电单极子;磁却没有磁荷,没有磁单极子。”
“为什么到这里就不对称呢?”
换句话说:并不存在“磁荷”这个东西。
就好像磁并没有最小的基本单位。
玻尔思考很久,他知道狄拉克乃是绝世天才,不会无的放矢。
于是,他沉声问道:
“狄拉克,你有什么想法吗?”
狄拉克闻言,深邃的眼睛看向海平面,平静的水面下似乎蕴藏着无数的秘密。
“我在看布鲁斯教授推导量子电动力学时,想到一个问题。”
“量子电动力学是关于电磁相互作用的量子场论。”
“在该理论中,布鲁斯教授默认了电荷是量子化的。”
“这一点,似乎不用证明,而且他确实也是直接引用,没有更进一步的说明。”
“但是问题了。”
“量子场论是对称性的理论。”
“如果布鲁斯教授认为电荷是量子化的,那么就必须同时存在量子化的磁荷。”
“否则,理论就会出现不对称性。”
“但是布鲁斯教授并没有在量子电动力学中提及到磁荷。”
“我想,他应该想到这个问题,但是没有办法解决,所以忽略了。”
“反正即便没有磁荷,依然可以解释很多现象。”
“但我认为,这始终是一个隐患。”
嘶!
玻尔倒吸一口冷气。
眼前这个狄拉克实在太猛了。
全世界都没有多少人能理解量子场论的思想时,他已经能找出问题了。
而且还是如此深刻基础的问题。
玻尔并没有觉得对方是愣头青。
曾几何时,他也是这样的绝世天骄。
当初,所有人都认为布鲁斯教授的原子结构行星模型是正确的。
但是他却推翻理论,提出了量子化轨道模型。
那时的他是何等意气风发。
现在,他又从狄拉克的身上,看到了自己的影子。
一时间,感慨万千。
玻尔非常重视狄拉克的问题。
“所以,你认为量子电动力学有不完美的地方?”
“那就是必须加入磁荷或者说磁单极子的存在。”
狄拉克点点头。
“是的。”
“而且,我总觉得磁单极子和电荷的量子化本质之间存在某种关系。”
“我想回去好好研究这个问题。”
玻尔笑道:
“那你怎么不问布鲁斯教授?”
狄拉克苦笑道:
“我是上了船之后才想到的。”
说罢,玻尔哈哈大笑。
“你是强行给自己增加难度啊。”
“放心,你一定会成功的。”
“老师的理论一定会被发扬光大!”
此刻,狄拉克回忆着和玻尔的交流内容,灵感如泉水一般涌出。
首先,他大胆地提出“磁单极子”的存在。
如此一来,量子电动力学关于电和磁的内容就能对称。
接着,他需要从理论上证明其存在。