黑洞,一种绝对理论天体,遵从“无毛定理”,仅可由三个物理量描述:质量、电荷、角动量。它是宇宙中最为隐秘也是最为致命的存在。
在爱因斯坦提出的相对论中的四维时空里,引力被描述为由引力场引起的空间扭曲,也就是时空曲率。而构成引力与引力场的理论基元——引力子,则被定义为自旋为0的虚粒子。
根据万有引力,所有的物质都能产生吸引力,也就是说任意物体都能在一定范围内造成空间扭曲。光在平面空间上沿直线传播,当空间受曲率影响变得扭曲时,光也会随着空间曲率的改变而改变传播方向。因此,相对论预言,当一颗恒星的质量超过某个临界值时,其周身的空间极度扭曲,如同折叠过一样在弯曲后重新回到了恒星表面。此时,光也随着曲率在从恒星发射出去后又回到了恒星表面。所以,这颗恒星将会因光现无法传播出去而导致表面变得漆黑不已,无法用射电望远镜来探测,只能算出来其大体位置。
这就是黑洞。
黑洞是如此的特别,以至于在其奇点处,所有的物理法则都被打破了,所有的物理定律也全都不起效果。比如:黑洞的质量可以是无限;它的体积可以是0它可以允许信息丢失;它的表面只进不出。
如此与众不同的物体,它的磁场同样非同寻常,
如你所见,这是一个磁体的三维磁场,而这是黑洞的磁场:
它的磁场很诡异,因为它的磁场是两极紧挨着的。这是因为他巨大的引力而导致的磁场扭曲。这也是最接近单极子的一次。
只可惜,单极子就如同光一样,可望而不可及。
尽管如此,还有人这样认为:“电场”和“磁场”是电荷和磁体四周存在着看不见、摸不着的物质。电荷和磁体通过各自的“场”这种物质向另外的电荷和磁体施加作用,同时场还表达了电力或磁力作用的范围;电力和磁力的无形的作用线分别称为“电力线”或“磁感应线”。因为电荷电场的电力线不是闭合的,它起源于正电荷,终止于负电荷,或延伸至无限远,它在电荷处是不连续的;而磁体磁场的磁感应线永远是闭合的,它在磁体内部和外部处处连续。实验中从来未见到过单个的磁极或磁荷,也从来未发现不闭合的磁感应线。所以,在经典电磁理论中,磁单极子存在的可能性就根本被排除了。正是由于上述原因,十分强调对称性的英国物理学家麦克斯韦在建立经典电磁理论的时候,虽然为了对称性也考虑过磁单极子,但是最终还是未敢贸然将它引入它的理论中。因此,这种不对称性在经典电磁理论中就一直保留到今天。
其中特别应该指出的是,就连到了晚年的狄拉克本人,也对磁单极子是否存在产生了深深的怀疑。1981年,他在致一位友人的信中说:至今我已是属于那些不相信磁单极子存在之列的人了。因此,持否定观点的人还认为,应尽早放弃对磁单极子的寻找,因为这种寻找无异于缘木求鱼,只能是徒劳无功的。
肯定磁单极存在者中,不乏非常杰出的物理学家。他们坚持认为,磁单极子是存在的,但它们成对结合得太紧密了,现在所有的高能粒子尚不能把它们轰开。但是,他们也认为,有一点是可以肯定的,这就是磁单极子即使存在,它们也极可能是在宇宙形成初期产生的,残存下来的数量也是微乎其微的,因为假如宇宙间充满了大量磁单极子,则宇宙间的磁场将不复存在。这些磁单极子本来就很少,而且它们又散布在极其广袤的宇宙之中,所以要找到它不是很容易的。但是,如果磁单极子含量很少,那么正负磁单极子之间相互湮没的几率也同时就会很低,所以它们就更有可能被保存下来。
也有的科学家首先肯定磁单极子的存在,但同时又承认磁单极子实际上很难发现。他们的理由是:在人类观测所及的范围内,存在的大多数磁单极子应是属于一种运动速度极其缓慢、“惰性”很强的“慢磁单极子”,而那些“精力充沛”、“运动神速”的“快磁单极子”,早已飞离银河系,消失在无边无际的宇宙空间。但“慢磁单极”子对物质电离作用很弱,要想观察到它们,需要有比现在装置灵敏度高上万倍的探测器才可以,而以目前的科技水平,这样的探测器暂时还无法制造出来。
有的科学家甚至还推算出了磁单极子的质量,证明了磁单极子质量大得惊人,约为质子质量的1亿亿倍,比细菌还要大!所以他们进一步认为,无论是现代加速器还是高能宇宙射线,都不能产生如此大质量的粒子,仅在宇宙诞生即宇宙大爆炸时,才有磁单极子生成所需的极高的温度和极大的能量密度条件。
特别值得一提的是,科学家虽然在实验上寻找磁单极子时总是“扫兴而归”,但在预言磁单极子存在的理论却不断有创新。如海啸是一种骇人的自然现象,它常常导致海洋中产生一种异常稳定的孤立波,即孤立子。这种孤立子在波涛汹涌的大海中几乎不受其它任何外来事物的干扰,永葆自己的波形和能量,不停地涌向远方。前苏联物理学家鲍尔雅科夫和荷兰科学家特霍夫脱在对弱力和电磁力的关系进行研究时发现,在弱电场(弱力和电磁力是这种场的不同表现)中,会发生“场啸”,每次场啸将产生与孤立子类似的粒子,他们认为这种粒子极有可能就是磁单极子。
磁单极子理论自提出以来迄今,已逾半个多世纪,长期不能被证实,也不能被否定,这在科学史上是罕见的,因为一般的科学假设如果在这么长的时间内未被证实,人们就会将此假设否定或放弃。
那么,对于经历了大半个世纪的探寻,基本上可以说是没有什么突破性进展的磁单极子,人们是否最终也同样会放弃寻找呢?
实际上,自20世纪30年代以来至今,磁单极子一直是物理学家和天文学家的热门话题,同时也引起了广大科学爱好者的极大兴趣,对它们的寻找就一直没有停止过。这是因为磁单极子复杂的相互作用过程,与目前我们所了解的一般电磁现象截然不同,磁单极子问题不仅涉及物质磁性的一种来源、电磁现象的对称性,而且还同宇宙极早期演化理论及微观粒子结构理论等有关。磁单极子的引出对同性电荷的稳定性、电荷的量子化、轻子结构、轻子和强子的统一组成、轻子和夸克的对称等难题等,都能给以较好的解释。尽管迄今为止还没找到磁单极子,但是,在关于磁单极子理论研究和实践探索的半个多世纪中,采用了量子论、相对论和统一场论的复杂理论手段,联系到最广袤的宏观世界和最细微的微观世界,涉及到极漫长的和极短暂的时间尺度,它不仅给物理学带来了活力,而且也向两极不可分离的哲学信条提出挑战。
更为重要的是,在具体的对磁单极子进行探索过程中,对物理学特别粒子研究技术如加速器的发展,具有很大的促进作用。虽然磁单极子假说到现在为止,还没有能在实验上得到最后的证实,但它仍将是当代物理学上十分引人注目的基本理论研究和实验的重要课题之一,因为今天的磁单极子已成为解决一系列涉及微观世界和宏观世界重大问题的突破口,如果磁单极子确实存在,不仅现有的电磁理论要作重大修改,而且物理学以及天文学的基础理论又将有重大的发展,人们对宇宙起源和发展的认识也会再深入一步。
所以,总的看来,涉及磁学、电磁对称、宇宙早期演化和微观基本粒子结构等多方面的磁单极子问题还需要从实验观测和理论方面继续进行研究,对它的寻找绝不应半途而废,否则就会前功尽弃。当然,要找到磁单极子,并不是件简单容易的事情,而是一项长期而艰巨的任务,仍然要付出许多时间和精力,甚至可能要经过好几代人的努力,但科学家们绝不会轻言放弃。