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第659章 电与磁!对称和破缺之美!磁单极子

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。