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物理小知識:磁場無處不在(2)

來源:網絡資源 文章作者:奧數網整理 2019-04-02 08:39:37

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  讓我們來做一個思想實驗,如果磁單極子存在,并且你將它與一個普通的電荷配對,那二者就會開始旋轉。這種旋轉實際上與距離無關;無論二者相距多遠,它們都會旋轉。但狄拉克知道,角動量(呈圓圈形式的動量,正如電荷和磁單極子互相旋轉的情況)是量子化的——我們宇宙中的角動量是離散值。一切皆是如此,包括這一對電荷和磁單極子。

  于是,狄拉克意識到,如果角動量是量子化的,那么這些粒子上的電荷也必須是量子化的。而由于這種作用與距離無關,因此如果整個宇宙中存在磁單極子的話,它就會引起電荷的量子化,這就是“狄拉克量子化條件”。物理學家的實驗發(fā)現,電荷量的基本單位為基本電荷,這與磁單極子的存在相符合,但至今仍未證實磁單極子的存在。

  磁是狹義相對論的關鍵

  詹姆斯·麥克斯韋發(fā)現的電和磁之間的聯系并不簡單,他意識到,二者其實是同一個硬幣——電磁學——的兩面。電場的改變可以產生磁場,反之亦然。更重要的是,他指出光現象其實就是電和磁相互擾動時產生的。

  麥克斯韋將光與電磁學理論進行定量聯系的創(chuàng)舉被認為是19世紀數學物理最偉大的成就之一,也深刻影響了后來的物理學家,其中就包括愛因斯坦。愛因斯坦將麥克斯韋的工作更進了一步,他意識到電、磁和運動之間存在聯系。讓我們從單個電荷及其電場開始,當你跑動經過它的時候會發(fā)生什么?

  從你的角度來看,電荷似乎才處于運動之中。那么,運動中的電荷會做什么?沒錯,它們會產生磁場。因此,不僅電場和磁場是同一個硬幣的兩面,而且你可以通過運動的方式,使二者發(fā)生轉換。這也意味著,不同的觀察者會看到不同的景象:靜止的觀察者可能會看到一個電場,而更具移動性的觀察者會發(fā)現由同一來源產生的磁場。

  正是這種思路促使愛因斯坦提出了狹義相對論——現代科學的基石。對此,我們應該首先向磁場表達謝意。

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