Когда около ста лет назад физики впервые познакомились с четырьмя строками уравнений Максвелла, они не смогли увидеть в них ничего, кроме игры воображения, очередной «безумной идеи», голой математической абстракции.

Однако вскоре оказалось, что эти «абстракции» таят в себе очень глубокий смысл. С их помощью удалось, например, показать возможность существования электромагнитных волн и доказать электромагнитную природу света. Генрих Герц, которому пришлось наблюдать процесс превращения уравнений Максвелла из «безумной идеи» в признанный фундамент физики, писал: «Нельзя изучать эту удивительную теорию, не испытывая временами странного чувства, как будто в уравнениях и формулах есть своя собственная жизнь — как будто они умнее нас, умнее даже самого автора, как будто мы получаем от них больше, чем сначала было в них вложено».

Как ни удивительно, это «странное чувство» возникает порой у физиков нашего времени. Достаточно сказать, что и теперь, в двадцатом веке, тщательное исследование формы и существа уравнений Максвелла может привести к заключениям, способным дать очень серьезные последствия. Как ни странно, далеко идущие выводы можно сделать уже из анализа самого внешнего вида уравнений Максвелла.

Луи де-Бройль как-то заметил, что всякая физическая теория должна быть математически элегантна. Согласно древним канонам, одно из непременных условий красоты — симметрия.

Уравнения Максвелла несимметричны.

Посмотрим на два из них: У7Е = 4яр

ув = о

Здесь через V обозначена некоторая математическая операция, которую нужно произвести над вектором, стоящим после нее, через Е обозначена величина, характеризующая электрическое поле, через В — величина, характеризующая магнитное поле, через р — плотность электрического заряда, то есть заряд, приходящийся на единицу объема.

Вот смысл приведенных выше уравнений.

Электрические силовые линии  начинаются и кончаются на электрических зарядах. Источник электрического поля — электрический заряд. Магнитные силовые линии нигде не начинаются и не кончаются — они замкнуты сами на себя. Они не имеют источника.

Магнитные и электрические поля в уравнениях Максвелла явно неравноправны. Более того, если глубже вникнуть в смысл остальных двух уравнений Максвелла, то получится, что электричество как будто вполне может обойтись без магнетизма, а магнетизм без электричества — нет! Фактически уравнения Максвелла полностью сводят магнетизм к электричеству. После того как Ампер продемонстрировал две спирали с током, «притягивающиеся как магниты», магнетизм как некоторое самостоятельное явление, независимое от электричества, казалось,   перестал   существовать.

Именно отсутствие магнетизма как самостоятельного явления и постулируется уравнениями Максвелла.

Электричество имеет источник — электрический заряд. Магнетизм имеет источником лишь электричество. Классическая теория электромагнетизма не содержит ничего, что оправдывало бы, по существу, «неравенство» электричества и магнетизма. Может быть, это «неравенство» оправдывается новыми, квантовыми теориями?

В 1931 году известный физик-теоретик, кембриджский профессор Поль Адриен Морис Дирак, много сил отдавший созданию квантовой электродинамики, решил выяснить: не содержит ли квантовая теория нечто, оправдывающее преимущество электричества перед магнетизмом?

Такого преимущества не оказалось. Как классическая, так и квантовая электродинамика «не возражали» против введения в уравнения для того, чтобы сделать их полностью симметричными, магнитных зарядов, или, как их назвал Дирак, «магнитных монополей».   

 Вокруг покоящегося монополя должно существовать  магнитное  поле,  вокруг движущегося — еще и электрическое поле стать полным магнитным эквивалентом зарядов электрических. Могли бы, например, порознь существовать «северные» и «южные» магнитные заряды.

Как магнитные явления возникают при движении электрических зарядов, так и электрические явления могли бы стать следствием движения магнитных зарядов.

Как и электроны, монополи могли бы испускать и поглощать электромагнитное излучение, например, свет. И, наоборот, если очень энергичные фотоны могут создавать пару (отрицательно заряженный электрон и положительно заряженный позитрон), они же могут рождать и’ пару магнитных монополей  (северный и южный).

Кстати говоря, идея магнитных монополей была высказана Дираком вместе с идеей о существовании «положительного электрона» — позитрона. И то и другое предположения были одинаково дики для физиков. Основным аргументом противников «положительного электрона» был такой: если когда-нибудь положительный электрон встретится с «настоящим», отрицательным электроном, эта встреча будет отмечена аннигиляцией — превращением двух частиц в электромагнитное излучение. Такие процессы, часто повторяясь, должны были бы в конце концов привести к полному уничтожению и мира и физиков, изобретающих столь безумные теории. Однако и мир и физики ‘ продолжают благополучно существовать.  Стало  быть,   позитронов   нет.

Такая или примерно такая точка зрения существовала до тех пор, пока американский физик К. Д. Андерсон в 1932 году не заметил в камере Вильсона след частицы, по всем данным, идентичной электрону, но отклоняющейся в магнитном поле в «неправильную» сторону.

Это был предсказанный Дираком позитрон. После такого триумфа предсказаний Дирака доверие к его монополии резко возросло. Исследователи ринулись на поиски новых частиц. Раз монополи ие противоречат ни классической, ни квантовой электродинамике, раз уж они предсказаны самим Дираком, значит, их стоит искать.

Но где? Как? И что искать?

Как ни странно, Дирак смог из самых общих соображений предсказать и основные свойства монополя. Прежде всего оказалось, что магнитный заряд монополя должен быть квантованным, так же как электрический заряд. Величина единичного магнитного заряда должна быть, по Дираку, -в 68,5 раза больше величины заряда электрического. (Как следует из элементарного рассмотрения законов взаимодействия электрических и магнитных зарядов, они должны измеряться в одних и тех же единицах.)

Отсюда можно вычислить и силу взаимодействия двух магнитных зарядов — она в 68,5-68,5 «= 4 692 раза больше, чем сила взаимодействия электронов.

Дирак вычислил и массу монополя: он должен быть довольно тяжел — по крайней мере в три раза тяжелее протона, причем число «сортов» монополей, отличающихся магнитным зарядом, массой и другими признаками, может быть велико — не меньше, чем число электрически заряженных частиц. Другими словами, мир магнитных частиц должен быть не менее разнообразен, чем мир известных нам электрически заряженных частиц.

Как могут создаваться монополи? Логично предположить, что они образуются примерно так же, как пара электрон —• позитрон, например, в результате сильных столкновений между другими частицами. Таким образом, монополи могут быть найдены в продуктах взаимодействия разгоняемых в ускорителях частиц. Как их выделить? Очевидно, рядом с камерой, регистрирующей взаимодействия, можно поставить очень мощный магнит, который смог бы «вытянуть» монополи из области взаимодействия. По расчетам, поле это должно быть около 60 тысяч гаусс, что примерно в 120 тысяч раз больше магнитного поля Земли.

Эксперименты по поиску монополей в продуктах взаимодействия частиц, создаваемых в ускорителях с мишенью, неоднократно проводились в СССР, США и Женевском центре ЦЕРН Все эти эксперименты оказались безрезультатными.

В 1962 году эксперимент по обнаружению монополей был проведен в Брукхейвене, США, на самом мощном тогда в мире ускорителе с энергией частиц 30 Бэв (30 миллиардов электрон-вольт), на выходе которого был установлен мощный магнит.

В мишень было послано шесть миллионов миллиардов протонов, но ни одного монополя зарегистрировано не было.