假定磁單極子存在情況下的電磁學公式演變

李東瑋　趙明

摘 要：本文中推導(dǎo)了假設(shè)磁單極子存在情況下的電荷量子化條件，麥克斯韋方程組更具對稱性的理論形式和“磁庫侖”定律，并淺談了研究磁單極子的重大意義。

關(guān)鍵詞：磁單極；麥克斯韋方程組；電荷量子化條件；對稱性；“磁庫侖”定律

磁單極子是理論物理學弦理論中指一些僅帶有N極或S極單一磁極的磁性物質(zhì)，目前人類還沒有發(fā)現(xiàn)其存在的跡象。如果在實驗上真的找到了磁單極子，它將對物理學產(chǎn)生重要的影響。

首先，麥克斯韋電磁理論將得到進一步的修正。現(xiàn)在的麥克斯韋方程組將只是一種不包括磁單極子的特殊情形。

其次，電荷量子化現(xiàn)象將從理論上得到很好的解釋。

最后，它將給天體物理和高能物理提出一些新的課題，人類對宇宙起源和物質(zhì)相互作用的認識將進一步深入。

1 磁單極子存在條件下的麥克斯韋方程組

I.1864年，麥克斯韋將電磁學中最基本的實驗定律（主要包括庫倫定律，高斯定律，電磁感應(yīng)定律，安培環(huán)路定理等）進行概括和總結(jié)，并引入位移電流，實現(xiàn)在非恒定條件下，特殊規(guī)律公式 與電荷守恒定律的理論自洽，從而提煉出一組在一般情況下互相協(xié)調(diào)的麥克斯韋方程組，形式如下：

該組方程深刻揭示了電磁現(xiàn)象的本質(zhì)，描述了一般情況下電荷，電流激發(fā)電磁場以及電磁場內(nèi)部矛盾運動的規(guī)律，麥克斯韋方程組一方面表明電與磁具有對稱性，即變化電場產(chǎn)生磁場，變化磁場產(chǎn)生電場；另一方面又表明電與磁的對稱性是不完全的。有電荷激發(fā)電場，卻沒有磁荷激發(fā)磁場，有運動電荷激發(fā)磁場，卻沒有運動磁荷激發(fā)電場。

總之，對磁單極子存在與否，任何具有判決性的實驗結(jié)果都將對物理學的發(fā)展起重要的推動作用。

參考文獻

⑴郭碩鴻 電動力學 北京：高等教育出版社 1997

⑵盧德馨 大學物理學 北京：高等教育出版社 1998

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⑷張登玉、曾錫濱 試談磁單極子 大學物理第13卷第12期 1994