Чтение онлайн

Иная судьба была уготована магнитным зарядам, существование которых также следует из существования флюксоидов.

Мир магнитных зарядов

Магнитные заряды. Сначала покажем, что магнитный заряд - прямое следствие факта квантованности магнитного потока.

Действительно, в случае существования магнитных зарядов е^ и квантов магнитного потока Ф* по известной теореме Остроградского - Гаусса для потока Ф магнитной индукции В через замкнутую поверхность S, внутри которой сосредоточен суммарный магнитный заряд ^е^, можно записать: Ф =

пФ* = J BdS = 4я^е^ (также, как для электрических зарядов

s

е* поток электрической индукции D равен J DdS = 4я1е*).

S

Здесь п - натуральное число. При п = 1 получаем минимальное отличное от нуля значение суммы магнитных зарядов X е^ = Ф*/4я = е^ (при данном кванте магнитного потока Ф*) - более мелкие (дробные) магнитные заряды могли бы соответствовать только меньшим значениям Ф*.

Таким образом, если существуют кванты магнитного потока Ф*, то существуют и кванты магнитного заряда е^ = ch/4e*.

Вообще же возможен ряд значений "обобщенного" магнитного заряда е^ = (ch/4e*)n, где п - натуральное число (п = 1,2,3,...).

Представление о магнитных зарядах ввел в физику в 1931 году знаменитый английский физик Поль Дирак. Он назвал их магнитными монополями.

Дирак показал, что магнитный заряд должен иметь величину е^ = (ch/2e)n, где с - скорость света в вакууме, h - постоянная Планка, е заряд электрона, п - натуральное число (1,2,3,..). Легко видеть, что дираковский магнитный заряд вдвое больше нашего "обобщенного", и ряд "обобщенных" зарядов (при разных значениях числа п) включает в себя дираковские заряды.

Появление в физике магнитных зарядов - источников магнитного поля усилило симметрию [гр.
– соразмерность, гармония] электрических и магнитных полей. Действительно, оба заряда определяются друг через друга совершенно одинаково: е^ = (ch/4e*)n и е* = (ch/4e^)n. И если есть заряды одного типа - электрические, то должны быть и заряды другого типа - магнитные.

"Магнитные" миры. После введения в физику магнитных зарядов уравнения Максвелла, описывающие все классические

электромагнитные явления, становятся совершенно симметричными относительно электрических и магнитных характеристик любых процессов. И допускают их взаимную "подмену".

Например, вместо электрического тока можно рассматривать поток магнитных зарядов - магнитный ток. Как около электрического тока возникает кольцевое магнитное поле (силовые линии магнитного поля замкнуты), так и около магнитного тока возникнет кольцевое электрическое поле (с замкнутыми силовыми линиями электрического поля).

Так же, как работает обычный электродвигатель, мог бы работать и "магнитодвигатель". Только в последнем, например, вместо магнитных материалов использовались бы диэлектрики.

Теперь мы можем даже представить себе "зеркальный магнитный мир", подобный нашему, в котором все электрические заряды заменены на магнитные, а магнитные - на электрические. И, соответственно, там, где у нас присутствуют магнитные поля, у "них" будут поля электрические и наоборот.

В таком "магнитном" мире около атомных ядер из "слипшихся" тяжелых магнитных монополей одного знака будут вращаться легкие магнитные монополи другого - противоположного знака - "магнитные электроны".

Эти "магнитные" атомы могут быть гораздо больше или гораздо меньше наших привычных "электрических" атомов. Из "магнитных" атомов могут состоять "магнитные" молекулы, "магнитные" звезды и планеты, "магнитные" растения и животные. И, конечно, могут существовать "магнитные люди" великаны или "магнитные люди" - лилипуты, живущие на своих, соответственно, гигантских или на микроскопических планетах.

Впрочем, нельзя исключить и того, что такие гипотетические "магнитные миры" встроены в наш привычный "электрический" мир.

В отличие от мира из античастиц (антимира), соприкосновение которого с нашим миром немедленно приведет к аннигиляции [лат. nihil - ничто, аннигиляция - превращение материи в излучение], "магнитные" миры могут находиться

по соседству с нами, а мы этого можем не замечать - ведь "магнитные" атомы будут излучать тот же свет, те же фотоны, что и наши привычные "электрические" атомы. Наблюдая, например, "магнитную" звезду в телескоп, мы не сможем догадаться, что это "магнитная" звезда. И будем только удивляться необычному спектру ее излучения.

Существуют ли магнитные миры, мы сегодня не знаем и поэтому о них больше говорить не будем. Пока никто не знает даже, чему равно натуральное число п, входящее в формулы для величин зарядов - увы, магнитные монополи до сих пор не обнаружены. Хотя затраченные на их поиски усилия нескольких поколений физиков были огромными - проблема то захватывающая!

Многие физики ищут магнитные монополи и сейчас. Поэтому сразу отметим причины, по которым они их скорее всего не найдут.

Почему неуловимы магнитные монополи? Классические магнитные монополи Дирака - будем их для краткости называть d- монополями - это почти "точечные" частицы с магнитным зарядом. Как показали современные расчеты, такие "магнитные точки" должны быть очень тяжелыми. У монополей типа "стандартного" тяжелого магнитного монополя Полякова т'Хоофта - назовем их pt- монополями - масса в 10^ раз превышает массу протона! Это уже масса крупной живой клетки (такой, например, как клетки дрожжевых грибов или красных кровяных телец человека).

Магнитные монополи - "прочные", стабильные частицы. Поэтому в ранней "горячей" Вселенной магнитные монополи не только существовали в огромных количествах, но и постоянно в ней образовывались, рождались. Сейчас же наша Вселенная "остыла" - в результате грандиозного расширения ее средняя температура опустилась до 3 К. И магнитные монополи могут рождаться только в отдельных "горячих" точках например, вблизи черных дыр. А монополи - старожилы Вселенной (их называют реликтовыми) "рассредоточились" по безграничным просторам Вселенной. Сегодня известно, что такие частицы в природе могут быть крайне редкими (это следствие так называемых инфляционных моделей

раздувающейся Вселенной). Скажем, на Земле или во всей солнечной системе может находиться только один d-монополь. Попробуйте его найти!

Кроме того, тяжелые d-монополи должны быть тщательно "спрятанными" в недрах небесных тел - внутри планет или звезд. Сюда они неизбежно "упадут" после ионизационного торможения в межзвездной среде.

Но даже если d-монополи могут выскакивать из своей "гравитационной тюрьмы" (такую возможность ниже мы разбираем), они не могут быть зарегистрированы обычными ионизационными детекторами. А именно с помощью таковых их сегодня преимущественно ищут! К сожалению (для тех, кто так именно ищет) нерелятивистские d-монополи не ионизируют обычное вещество.