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假定磁单极子存在情况下的电磁学公式演变

作者:李东玮 赵明 字数:815  点击:

摘 要:本文中推导了假设磁单极子存在情况下的电荷量子化条件,麦克斯韦方程组更具对称性的理论形式和“磁库仑”定律,并浅谈了研究磁单极子的重大意义。

关键词:磁单极;麦克斯韦方程组;电荷量子化条件;对称性;“磁库仑”定律

磁单极子是理论物理学弦理论中指一些仅带有N极或S极单一磁极的磁性物质,目前人类还没有发现其存在的迹象。如果在实验上真的找到了磁单极子,它将对物理学产生重要的影响。

首先,麦克斯韦电磁理论将得到进一步的修正。现在的麦克斯韦方程组将只是一种不包括磁单极子的特殊情形。

其次,电荷量子化现象将从理论上得到很好的解释。

最后,它将给天体物理和高能物理提出一些新的课题,人类对宇宙起源和物质相互作用的认识将进一步深入。

1 磁单极子存在条件下的麦克斯韦方程组

I.1864年,麦克斯韦将电磁学中最基本的实验定律(主要包括库伦定律,高斯定律,,电磁感应定律,安培环路定理等)进行概括和总结,并引入位移电流,实现在非恒定条件下,特殊规律公式 与电荷守恒定律的理论自洽,从而提炼出一组在一般情况下互相协调的麦克斯韦方程组,形式如下:

该组方程深刻揭示了电磁现象的本质,描述了一般情况下电荷,电流激发电磁场以及电磁场内部矛盾运动的规律,麦克斯韦方程组一方面表明电与磁具有对称性,即变化电场产生磁场,变化磁场产生电场;另一方面又表明电与磁的对称性是不完全的。有电荷激发电场,却没有磁荷激发磁场,有运动电荷激发磁场,却没有运动磁荷激发电场。

总之,对磁单极子存在与否,任何具有判决性的实验结果都将对物理学的发展起重要的推动作用。

参考文献

⑴郭硕鸿 电动力学 北京:高等教育出版社 1997

⑵卢德馨 大学物理学 北京:高等教育出版社 1998

⑶P.A.M.狄拉克 物理学的方向 磁单极子 北京:科学出版社 1981

⑷张登玉、曾锡滨 试谈磁单极子 大学物理第13卷第12期 1994


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