磁为什么不能以单极存在呢?
电荷可以正、负单独存在,单体相吸或相斥,,既然有理论说电场磁场是一对孪生姐妹,有磁场必有电场,它们互相依靠能量转化,但表像为什么不对称呢?是电荷单极被人们误解了,还是理论上有磁单极的物质存在?
大家知道,电荷的移动会产生磁场,同样的,磁场的变化也会产生电场,这样,法拉第就发现了电磁场理论。
电荷分正电荷和负电荷,正电荷和负电荷很容易产生,比如用丝绸摩擦玻璃棒,玻璃棒就带了正电荷,用毛皮摩擦橡胶棒,橡胶棒就带了负电荷。这样看来,正负电荷是可以分开,单独存在的。
那么,和电荷相关联的磁极,比如N极是否也可以单独存在呢?不能,至少到目前来说是不能,事实上也没有找到单独存在的磁极。为什么?这可以从二个方面的理论来说明。
首先可以从磁畴理论来说明,我们知道物质是由原子组成,原子由原子核和电子,电子在围绕核运动,电子的运动产生磁场,所谓的磁畴是由n个原子组成的量子,磁体就是由能产生磁场的磁畴组成,磁畴我们可以想像成极小的磁体(量子化的),这些磁畴(想象成极小的磁体),如果排立是混乱的,那这个物体就不带磁,不是磁体,如果在磁场的作用下,磁畴能整齐排立,N极或S极都朝同一个方向,这个物体就成了磁体,比如磁铁,它的磁畴就能在磁场的作用下,排立成和磁场方向一致的,N极朝着同一个方向的磁体,组成一个大磁体。这样,我们就明白了,为什么磁极不能单独存在。比如上面那个磁体,我们从中间破开,红色的那部分还是由磁畴组成,左边还是N极,右边还是S极,这样一分二,二分四,四分八,一直分到单个磁畴,它还是有N极和S极,磁畴就不能再分了,因为它是量子,物理方法是不能分割量子的(根据测不准原理,你都不能确定它的位置),只能用化学方法,比如用盐酸溶解磁铁,那就变成了氯化铁,氯化铁不是顺磁体,不可能带磁,这样磁体也就消失了,N极和S极同时消失了。所以说单独磁极不能存在。
再从高深一点的理论来解释。我们知道,19世纪最伟大的电磁场理论科学家麦克斯韦,统一了法拉第,高斯等等科学家的电磁场理论,提出了著名的麦克斯韦方程的微分形式和积分形式,指出电磁波速度和光波一致,光是电磁波的一种。磁场产生的电场是涡旋场,那时的电力线是闭合的,但单独的电荷(正电荷或负电荷)的电力线可以是不闭合的。而磁场始终是涡旋场,磁力线始终是闭合的,这样从理论上证明了存在单独的磁极的不可能性。所以如果你能找到单独存在的磁极,那你就能颠覆伟大的麦克斯韦方程,也将像杨振宁一样得诺贝尔奖了。啰嗦一句,杨振宁就是推翻了宇称守恒定律,而获得了诺贝尔奖。下面就是统一了电磁场理论,提出著名的麦克斯韦方程的电磁场理论科学家麦克斯韦肖像。
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