19 век ознаменовался в физике крупными исследованиями в области электромагнетизма. Ученые ставили смелые эксперименты, получали несколько парадоксальные результаты, в ходе анализа которых окружающий мир раскрывал свои новые тайны.
Парадоксы магнитов
Из школьного курса известно, что носителем свободного отрицательного электрического заряда является электрон. А положительного — протон. А вот в случае с магнитным зарядом все совершенно иначе.
Представим обычный магнит — он имеет 2 полюса, северный и южный:
Но вот если магнит разрезать пополам, то не получится двух частей с одним полюсом, каждая из половинок сразу же обретет второй полюс. Причем ориентация исходного магнита сохранится:
Процедуру разрезания можно проводить сколько угодно долго, но магнита с одним полюсом получить не удастся. Итак, магнит всегда представляет собой диполь. Однако вопрос, существует ли магнитный монополь (магнит с одним полюсом) продолжает занимать умы ученых современности.
Правда многие физики полагают, что магнетизм и в самом деле есть вторичный продукт электричества и никаких свободных магнитных зарядов в природе не существует. Для нахождения подобных монополей брали грунт с гор и глубоких шахт, а также дна океана. Исследовали лунный грунт и метеоритное вещество, но ни одного монополя так и не нашли. Так что если они существуют, то крайне неуловимы.
Работы Дирака
И все же. В 1931 году за изучение магнитных монополей взялся англичанин Поль Дирак. Он был вооружен знаниями квантовой физики, а также обладал весьма нестандартным мышлением. Дирак связал фазы квантовых волн с возможным существованием магнитных монополей. Сразу стала просматриваться занятная связь между свободными магнитными и электрическими зарядами.
Если предположить, что монополи существуют, то окажется, что их заряд должен быть кратен некой фиксированной величине, а ее в свою очередь определяет величина заряда электрона.
Дальнейшие рассуждения привели к объяснению равенства зарядов всех электронов. Ученый пошел дальше, он вычислил, что если магнитный монополь существует, то его заряд равен 137 зарядам электрона. Оставалось дело за малым — найти сам монополь, но ведь никакие поиски к успеху не приводят. Чтобы обойти эту проблему, Дирак приписал монополю огромную, по сравнению с электроном, массу.
Картина получилась не только непротиворечивой, но вполне логичной. За эту поистине фундаментальную работу магнитный монополь часто стали именовать монополь Дирака.
Новый прорыв
Очередной прорыв в изучении возможно существующего монополя наступил в 1974 году когда советский физик Александр поляков и голландец Герард Хофт, независимо один от другого пришли к схожим выводам. Они обнаружили, что для теории Великого Объединения (теория в которой объединяются воедино все существующие фундаментальные взаимодействия) необходимо чтобы существовал магнитный монополь, да еще и весьма немалой массы. Было необходимо его существование и в рамках некоторых других теорий.
Расчеты показали, что масса монополя должна быть где-то 10^16 масс протона. Создать такую частицу на современных коллайдерах просто невозможно. Зато удалось установить примерную структуру гипотетического объекта.
Больше всего он напоминает луковицу, у которой каждый слой обладает определенными свойствами.
Несколько раз физики объявляли о нахождении сигнала или трека соответствующего монополю Дирака — это всегда вызывало своего рода сенсацию. Но ни разу проведение повторных экспериментов при аналогичных условиях не давало такого результата. Тут, скорее всего, имелись ошибки связанные со случайным сбоем аппаратуры или с человеческим фактором.
Нахождение монополей Дирака является не чисто научной задачей, это позволило бы человечеству получить практически неограниченный источник экологически чистой энергии. Теоретически, полная аннигиляция северного и южного монополей способна дать в 10^16 степени больше энергии, чем распад такой же массы урана. Правда страшно и подумать, что будет, если подобную энергию человечество попробует употребить во зло.