Монополь Дирака - фантом физической науки (стр. 2 из 5)

Таким образом, квант магнитного заряда (n1) аналитически представится, как q_min^m м h e/2 , то есть произведение минимальных величин электрического «e» и магнитного « м » зарядов с точностью до постоянного множителя равно константе Планка: eм h /2, определяющей квант действия [2]. Именно из квантования углового момента вытекает квантование произведения q q^e_^mn h /2.Итак, сравнительно простые рассуждения с привлечением базо-

вой идеи волновой (квантовой) механики корпускулярно-волнового дуализма материи, позволили получить действительно фундаментальный результат.

Проведенный здесь анализ по существу является научно-популярной интерпретацией изложения известных рассуждений [2, 4-7], которые объединяются под общим названием теория монополя Дирака.Напомним, что гипотеза о возможности существования магнитного монополя - частицы, обладающей положительным или отрицательным магнитным зарядом, была высказана П. А. М. Дираком (1931г.) с целью концептуального обоснования симметричной квантовой электродинамики, именно ее и называют монополем Дирака. К сожалению, монополь Дирака [2] не только остается экспериментально неуловимым, но и сами теоретические построения по этому вопросу не позволяют даже по порядку величины определить еще один важный параметр магнитного заряда – массу его носителя. Более того, и в перспективе прогресс не предвидится, поскольку нет единого мнения об оценке массы такого монополя. Справедливости ради надо сказать, что и масса электрона также не устанавливается настоящими теориями, являясь на сегодня чисто экспериментальным фактом.

Однако продолжим наши исследования, поскольку выявление величины магнитного заряда q^mnм n h e ( /2 ), квант которого определяется зарядом электрона e и их взаимное квантование со всей определенностью ставит вопрос о соответствии этих результатов нынешним полевым представлениям электромагнетизма, выяснению физико-математической адекватности аналитического описания электромагнитного поля с учетом этих данных.

Однако, прежде всего, хотелось бы понять, почему до настоящего времени экспериментально не удается обнаружить магнитных монополей, да и вообще возможны ли они в Природе. Выше показано, что система традиционных электродинамических уравнений (1), описывающих полевые свойства электрического заряда, аналогично гипотетические математически структурно симметричные уравнения Максвелла полевых характеристик равноправных электрических и магнитных зарядов (2) принципиально базируются на основополагающем законе Кулона взаимодействия соответствующих зарядов. А потому определим величину отношения сил Кулона взаимодействия пар неподвижных элементарных электрических «e e- » и магнитных « м м- » зарядов в вакууме:

FF_КулКулem  e2 / м2 2  eм2200   мe Z0 2 , (3)

40r 2 40r

где Z₀  ₀/ ₀ - импеданс пространства физического вакуума. Как видим, результат несомненно физически интересен, так как обе силы Кулона связаны друг с другом фундаментальными константами: F_Кул^e [(e/ м Z F) ₀]²_Кул^m. Причем для зарядов, находящихся в вакууме на единичном расстоянии (r = 1м) друг от друга эти силы численно равны F_Кул^e2,3 10 ^²⁸H и F_Кул^m2,7 10 ^²⁵Н , то есть сила кулоновского взаимодействия магнитных зарядов больше аналогичной электрической силы на 3порядка: F_Кул^m1,2 10 ³F_Кул^e.

Сделаем оценку энергетических затрат по реализации свободного заряда на примере процесса ионизации атома - характерной стационарной электроней-

3 тральной структуры, ) удовлетворяющей теореме Ирншоу [2]. Согласно теории Н. Бора атома водорода [3], формула минимальной энергии ионизации такого атома имеет вид | E₁^e|  (m e^e⁴)/(4₀) 2²h² и численно равна |E₁^e| 13,6 эВ.

Тогда для атомной структуры из магнитных зарядов с учетом соотношений (3) несложно получить боровскую формулуэнергии ионизации такого атома: | E₁^m|  (m^mм⁴)/(4₀) 2²h² и численную оценку порядка ее величины (масса магнитного монополя неизвестна, а потому возьмем m^mm^e) | E₁^m| :5,310⁷эВ.

Как видим, разделение на части магнитонейтральной структуры требует затрат энергии даже по минимуму на 6порядков больше, в сравнение с аналогичной процедурой над ей подобной электронейтральной структурой.

И хотя атомы, их ядра и всякого рода элементарные частицы обладают магнитными моментами, однако многочисленные эксперименты по ионизации атомов, изучение ядерных реакций, анализ взаимодействия и распада элементарных частиц в отношении наблюдения свободных магнитных зарядов оказались безуспешными. Причем при энергиях больше 10⁶эВ получают множество различного сорта элементарных частиц с кратным заряду электрона электрическими зарядами и кратным постоянной Планка магнитными моментами, но и здесь свободных магнитных зарядов никто не наблюдал.

Однако теперь стало понятно, что энергия таких реакций для получения свободных магнитных зарядов должна быть даже по минимуму :10¹²эВ. Таким образом, в любых физических процессах на современных установках, в том числе и на суперколлайдере (БАК) с энергией :1,3 10 ¹³эВ, создать магнитный монополь, энергетически невозможно. Одна надежда - этопотоки частиц космических излучений, где энергия разного рода событий во Вселенной, образно говоря, беспредельна. Но и здесь многолетние упорные, технически сложные поиски монополя Дирака успеха пока не имели.

_________________________________

) Структура электронейтральна, если ее суммарный заряд равен нулю (диполь, квадруполь, … , атом и т.д.), однако поле такой системы зарядов в пространстве существует.

Все это наводит на мысли о неком вселенском запрете на магнитный монополь, обусловленным хотя бы тем, что в противном случае существовали бы в виде обычных атомов, реализующих нашу Вселенную, аналогичные атомные структуры из магнитных зарядов, молекулы и так далее, вплоть до магнитной Вселенной – монстра, подобного Вселенной из антиматерии Дирака.

Итак, приходится констатировать, что в условиях нашей действительности магнитные монополи не существуют, точнее, отдельно как источники магнитного поля они в явном виде не наблюдаются. А потому окончательно снимается вопрос о возможности ревизии системы традиционных электродинамических уравнений Максвелла (1) посредством придания их математической структуре абсолютной симметрии относительно компонент электрической E и магнитной H напряженности. Однако вполне достоверно установлено, что электричество и магнетизм как физические явления равноправны, где единство электрического и магнитного зарядов выражено в произведении величин их квантов, равного фундаментальной константе Планка: eм h /2.

Кстати, можно предложить еще один аргумент в доказательство единства двух разнородных зарядовых сущностей q^e и q^m, если обратиться к проведенному выше анализу аналогичного движения, но уже элементарного магнитного заряда « м»в поле электрической индукции Dr( )₀E=const, где взаимодействие заряда и поля обусловлено неким электрическим аналогом силы Лоренца F_Лор^eq^m[v,D]. Заметим, что здесь больше сомнительной для физика-ортодокса гипотетики (например, это сила F_Лор^e). Однако, несмотря на замену электрического заряда магнитным, а магнитного поля электрическим, результат вычислений связи квантов этих зарядов в итоге окажется тем же самым: eh/2м .

Таким образом, имеем парадоксальную ситуацию: с одной стороны, прямое наблюдение отдельных магнитных монополей энергетически невозможно либо их в Природе просто нет, а с другой, совместно и равноправно существуют электрические и магнитные заряды, произведение величин квантов которых с точностью до постоянного множителя равно константе Планка eм h /2, определяющей квант действия. Данное соотношение иллюстрирует единство физических характеристик этих разнородных зарядов и явно указывает на реальность силового взаимодействия между ними, которое должно проявляться в виде некоторого поля, их объединяющего. Естественно, что здесь вполне очевидны определенные сомнения в правомерности именно такой интерпретации полученных результатов, а потому необходима дополнительная аргументация.

С этой целью по аналогии с электрическим законом Кулона чисто формально запишем закон Кулона взаимодействия электрического и магнитного зарядов, который для пары элементарных зарядов «e- м» представится равенством соотношений:

^F_Кул^em^4 ^eм0 0r₂^₄_^eм_r₂c  ₄^h_r^c₂, (4)