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磁気単極子の非存在則とは?

じきたんきょくしのひそんざいそく

自然界には「N極だけ」「S極だけ」の磁気単極子が存在しないことを示す、電磁気学の基本原理です。

磁気単極子の非存在則とは、電荷のように「正だけ」「負だけ」を持つ単独の磁極(磁気単極子、またはモノポール)は自然界に存在しないという法則です。これはマクスウェル方程式の一つ「磁場のガウスの法則」として定式化されており、磁束の発散がゼロであることを意味します。

この法則が示す内容を整理すると次のとおりです。

  • 磁石は必ずN極とS極がセットで存在する(双極子)
  • 棒磁石を半分に切っても、それぞれに新たなN極・S極が現れ、単独の極は得られない
  • 任意の閉曲面を通り抜ける磁力線の数の合計は常にゼロになる

電気の場合は正電荷・負電荷が単独で存在できるため、電磁気学における電気と磁気の非対称性の一つとして古くから注目されてきました。ポール・ディラックは1931年に、磁気単極子が存在すれば電荷の量子化(電荷が素電荷の整数倍になること)を理論的に説明できることを示し、単極子探索への関心を高めました。

大型加速器や宇宙線観測などで単極子の探索は続けられていますが、これまでに実験的に確認された例はありません。現時点では「存在しない」という結論が物理学の標準的立場です。ただし一部の大統一理論や超弦理論では、極めて重い磁気単極子の存在を予言しています。

使い方・例文

冷蔵庫に貼るマグネットを二つに割ると、割れた断面に新たなN極とS極が現れます。これが磁気単極子の非存在の直感的な示し方で、どこまで小さく割ってもN極のみ・S極のみにはなりません。

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