100年內，還能找到磁單極子嗎？

這是一則我在頭條問答的解答，連結在：

http：//mp。toutiao。com/profile_v4/wenda/answer？qid=6456557114738344206&group_id=6461894902190965006&enter_from=&category_name=article_manage&stick_id=6461894902190965006

提問者問：磁為什麼不能以單極的形式存在？電荷可以正、負單獨存在，單體相吸或相斥，，既然有理論說電場磁場是一對孿生姐妹，有磁場必有電場，它們互相依靠能量轉化，但表像為什麼不對稱呢？是電荷單極被人們誤解了，還是理論上有磁單極的物質存在？100年內，還能找到磁單極子嗎？

磁為什麼不能以單極的形式存在？

磁單極子可以說是21世紀物理學界重要的研究主題之一。磁單極子從根本上來說是很重要的，但又是非常難以捉摸的基本粒子。磁單極子是具有量子化磁荷的基本粒子，是科學家在理論物理學中的一個分支——弦理論——中提出的，僅帶有北極或南極單一磁極的假設性磁性粒子。要要注意的是，弦理論比較形而上學化因為它在當前是無法被實驗所實證的。

在物質世界中，磁單極子是相當特殊的存在，因為磁性粒子通常總是以偶極子（南北兩極）的形式成對出現。因為，如果將一塊磁鐵砍成兩半，你會得到兩個更小的磁鐵，原來的磁鐵和新磁鐵都有“南”極和“北”極。而且，無論磁鐵被分割成多少部分，無論把它分割得多麼小，新得到的每一段小磁鐵總有兩個磁極。所以，磁單極子看起來是多麼的不可思議。

1932年，著名的英國物理學家狄拉克，從理論上預言磁單極是可以獨立存在的。他認為：“既然電有基本電荷——電子存在，磁也應該有基本磁荷——磁單極子存在。”他的這一預見吸引了不少物理學家用各種方法去尋找磁單極子。人們在各種物質中尋找磁單極子；也使用粒子加速器人工製造磁單極子，但都一無所獲。漸漸地，人們認為磁單極子可能根本不存在。

2009年9月3日出版的《科學》雜誌上，釋出了一篇報道，報道說，德國亥姆霍茲聯合會研究中心的研究人員在德國德累斯頓大學、聖安德魯斯大學、拉普拉塔大學及英國牛津大學同事的協作下，首次觀測到了磁單極子的存在，以及這些磁單極子在一種實際材料中出現的過程。在中子散射測量過程中，研究人員對晶體施加一個磁場，利用這個磁場就可影響絃的對稱和方向，從而降低弦網路的密度以促成單極子的分離。結果，在0。6K到2K溫度條件下，這些弦是可見的，並在其兩端出現了磁單極子。

但是，很快有科學家指出，他們的“磁單極子”與物理學中由狄拉克預言的磁單極子仍有天壤之別。總之，二者基本上不是一回事情。

又據英國《自然》雜誌網站2014年1月29日報道，美國艾姆赫斯特學院科學家戴維·霍爾團隊表示，他們在自旋凝聚態所產生的人造磁場中，獲得了在凝聚態內渦線末端的磁單極子的真實空間影象，提供了證明狄拉克磁單極子存在的證據。

但是，沒有實驗可以重複他們的結果，所以無法證明他們的說法。

2019年7月3日的《自然》（Nature）期刊上，有一篇文章，說的是科克大學（UCC）和牛津大學物理學教授謝默斯·戴維斯（Seamus Davis）帶領一組實驗物理學家發現了磁單極子流體產生的磁性噪聲。研究小組發明了一種磁場噪聲譜儀，它可以讓人類感知到磁單極子的噪聲。據說這是世界上第一次發現磁單極子。

但這還是沒有太確鑿的實錘。

至於為什麼沒有發現磁單極子，有兩種說法。

一種是認為磁單極子原本就不應該存在的，是物理模型有問題。

一種是認為磁單極子是存在的，至於為什麼找不到，有說法認為，磁單極子被稀釋到宇宙深空去了，所以找不到。

弦理論裡面假設了磁單極子的存在。而弦理論當前還不算真正的科學理論，屬於哲學和數學的結合體。在經典力學和相對論力學中，磁場的本質是電場，磁力的本質就是庫侖力，兩者的差異，只是在不同參考下表現出來的相對論效應而已。根據麥克斯韋方程組描述，會在導線垂直方向產生一個磁場，磁場線是閉合的，不存在獨立產生磁線的點，所以在該模型中磁單極不存在。如果磁單極被證實是存在的，那麼麥克斯韋方程組也會進行相應的修正。

對於磁單極子的科學探索，科學家們一直在傾盡全力。個人估計，由於實驗條件的限制，至少在100年內，我們是很難找到磁單極子的。甚至要更久。我們還是多一點耐心的等待吧，不管它是不是存在，相信會有揭開謎團的那一天。

附錄：

《古地磁學可用於被盜文物的真偽鑑定》

節選：

在岩石形成過程中，或由於岩漿沉積作用、結晶作用，或化學反應致使礦物顆粒中內部磁場被地球磁場磁化而造成岩石的磁性。測量岩石中“化石磁”的方向，就可能測定岩石形成時的古緯度和當時地極的位置。

古地磁學家為大陸漂移學說提供了強有力的科學論證，並將其升級為板塊構造理論。

地磁場

古地磁學也可用於刑事案件的鑑定和偵查。

如考古地磁斷代用於鑑定被盜文物的真偽。

石器、陶器、玉器、銅器、鐵器、金銀器、骨器、木器、漆器、琉璃或玻璃器、瓷器等許多品種，除石器、玉器、骨器、木器之外，均適用古地磁學鑑定。

《一克耗資萬億美金，為什麼製造反物質超級昂貴？》

作者：懷疑探索者

連結：

https：//www。toutiao。com/i6838947529728459276/？group_id=6838947529728459276

節選：

為什麼製造反物質就這麼困難，而且代價昂貴呢？有四個原因：

第一，製造反物質，需要耗費巨大的能量，這隻有超大型機器才能勝任。普通的實驗室根本沒有這個硬體。

第二，製造反物質的技術要求苛刻，往往需要一個龐大的科學家團體通力合作。僅憑個人的智力和辛勞，是不可能勝任的，科學界不再是過去那種單打獨鬥的時代了。

第三，即使把反物質製造出來，也很難找到很好的儲存辦法。反物質一旦遇見任何的物質，就會立即發生爆炸，釋放出強射線。為了儲存反物質，科學家只能使用強磁場，將它們約束在一個高度真空的容器中。而要維護這個真空容器的狀態，也是非常麻煩的事情。

第四，利用已知的製造反物質的方法，每次只能偶爾製造出一兩個反原子物質，有時候實驗室一年才能夠製造出10來個反原子物質，數量太過於稀少。物以稀為貴，反物質自然不會便宜。

反物質概念

正因為如此，反物質是世界上已經知道的最為昂貴的物質。過去，美國物理學界有過大致估算，僅僅是製造1克反物質，就需要至少5000億美金的投入。這還是90年代的說法，如今是2020年，已經過去20多年，5000億美金，至少相當於現在的10000億美金。也就是說，一克反物質，就需要至少耗費10000億美金才能製造出來，是名副其實的“萬億物質”。

而世界上有史以來最強大、富裕的美國，2018年的GDP為20。5萬億美金，用一年的所有GDP，差不多可以製造出20克反物質。想想也知道，美國不可能把所有的GDP都投給科研工作，更何況是製造反物質？

所以說，反物質極端昂貴的程度不是我們可以想象的，即使把它們製造出來，也無法投入大規模應用，因為誰也用不起。

正電子是最簡單，也是最容易被製造出來的反物質。科學家不滿足於此，還在尋求製造更加複雜的反物質。比如說，試圖製造一些反氫原子物質。

反氫原子是由一個正電子和一個反質子構成，即“”反氫原子=正電子+反質子”。科學界一直猜測這種反物質是否與普通物質一樣具有對稱性。為了製造出反氫原子物質，早在1994年，美國斯坦福大學的物理學家斯坦布魯斯基設計出了一種方法，專門用於製造反氫原子。

歐洲核子研究中心

這個方法是，讓反質子透過一束氙氣，氙原子核包含54箇中子和54個質子，在氙原子核附近，一個反質子會與一個質子發生碰撞，然後產生一個光子。光子又會產生一個負電子-正電子對。當反質子源源不斷的透過氙原子核附近的時候，偶爾會有一個正電子與反質子發生組合，變為一個反氫原子。如果這個實驗過程足夠長，也就有更大的機率產生更多的反氫原子。