1900:游走在欧洲的物理学霸 第1071节

  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。

  狄拉克在笔下写道:

  “在量子场论的框架下,磁单极子与磁力线的封闭性可以共存。”

  “前提是磁荷必须满足某种量子化条件。”

  这句话要是传出去,绝对会震撼物理学界。

  一个点电荷的电力线,是朝着四面八方笔直地发射,不会形成闭合情况。

  同理,很自然联想到,磁单极子发出的磁力线也应该是这种情况。

  但是量子电动力学中,又表明磁力线必须是封闭的。

  狄拉克如果想引入磁单极子,就会产生一个矛盾。

  他必须解决如何让磁单极子产生封闭的磁力线。

  这看起来似乎是不可能完成的事情。

  然而,谁让他是狄拉克呢。

  “我可以假想存在一根弦。”

  “每个磁北极和磁南极都通过这根弦连接。”

  “这个弦是一个理想的无截面螺线管,能够引导磁力线从南极流向北极。”

  “从而维持了磁力线的封闭性。”

  “如果是这样的话”

  狄拉克开始发挥他超凡的数学天赋。

  他在量子电动力学的基础上,证明了磁单极子存在的可能性。

  而且通过计算,他发现两个磁单极子之间的相互作用力,是两个电子之间库伦力的4700倍。

  这说明磁单极子之间的力非常强大。

  此外,最重要的是,有了磁单极子的存在,他就可以从理论上推导出电荷必然是量子化的。

  从而解释为什么所有带电粒子的电荷都是电子的整数倍。

  甚至这个现象,又反过来证明了磁单极子存在的可能性。

  这一刻,饶是以狄拉克的孤僻,也忍不住兴奋起来。

  他知道,自己这个成果必将震撼物理学界。

  而且他还是第一位完善量子电动力学的人。

  在最后,狄拉克又写道:

  “磁单极子的存在,将会重新改写麦克斯韦方程组。”

  “电和磁是绝对对称的两种现象!”

  

  1926年8月20日。

  《自然》期刊发表了狄拉克的论文。

  文章一出,学界轰动!

  磁单极子的概念简直冲击了所有物理学家的三观。

  “上帝啊!”

首节上一节1071/1167下一节尾节目录