D i s k u s s i o n



 Beitrag 0-298
Magnetische Monopole — ein immer noch ungeklärtes Rätsel der Physik?

 
 

 
Ladungseigenschaften:
 
Das einzig Unsymmetrische am Elektromagnetismus

 
 
Trotz der so wunderschön symmetrischen Beziehung zwischen elektrischer und magnetischer Wechselwirkung — die James Clark Maxwell 1864 aufgedeckt und mathematisch formuliert hat — gibt es da ein bis heute nicht geklärtes Phänomen:
 
 
Warum treten elektrische Ladungen einzeln auf (als Elektronen und Positronen),
 
magnetische Ladungen aber stets paarweise (als sog. Nord- und Südpol eines Magneten)?

 
 
Und warum haben, wenn ein Stabmagnet auseinander gebrochen wird, beide der so entstehanden Teile jeweils wieder einen Nord- und einen Südpol?. Es gilt dies übrigens bis hinunter zu den einzelnen Atomen.
 
Andererseits ist selbst noch die ganze Erde ein Magnet mit zwei solchen Polen: Ihr Magnetfeld wird erzeugt von ihrem Kern, der i.W. aus einer riesigen rotierenden Kugel aus flüssigem Eisen besteht. Die Detais ihrer Rotationsbewegung bestimmen die Richtung des Feldes und damit die Lage der beiden entgegengesetzt geladenen magnetischen Pole der Erde. Da die magnetischen Pole in ständiger Bewegung sind, stimmen sie nicht exakt überein mit den geogra­phischen Polen der Erde. Tatsächlich haben die magnetischen Pole der Erde ihre Richtung im Verlauf der vergangenen Jahrmilliarden mehrfach vertauscht und könnten es jederzeit wieder tun.
 
Der theoretische Physiker Paul Dirac fand 1931 einen mathematischen Beweis dafür, dass die Existenz magnetischer Monopole mit der Quantenmechanik, d.h. mit unserem heutigen Standardmodell der Elementarteilchen, verträglich ist. Er konnte sogar zeigen, dass — ganz analog zu elektrischen Ladungen — auch alle magnetischen Ladungen stets ganzzahliges Vielfaches einer kleinstmöglichen Ladungsportion sein müssen.
 
Es scheint kein Naturgesetz zu geben, welches die Existenz magnetischer Monopole, d.h. die Existenz von Materieteilchen mit nur  e i n e m  magnetischen Pol, ver­bieten würde. Dennoch ist trotz intensiver Suche bis heute kein einziges solches Objekt gefunden worden. Gibt es sie also wirklich?
 
Selbst wenn es Monopole geben sollte, wären sie offenbar extrem selten — weit seltener als die allgegenwärtigen elektrischen kleinsten Ladungsportionen (die in Gestalt von Elektronen und Positronen existieren).

 

 Beitrag 0-330
Magnetische Monopole — gibt es sie?

 
 

 
Magnetische Monopole — gibt es sie?

 
 
Die GUT-Theorien sagen die Existenz magnetischer Monopole voraus, d.h. die Existenz von Elementarteilchen, deren jedes einen einzelnen magnetischen Nord- oder Südpol darstellt.
 
Warum aber hat man solche Teilchen bisher nicht gefunden?
 
Alan Guth — nachdem er 1979 die Inflationstheorie vorschlug — hat sich mit dieser Frage eingehend befasst und glaubt errechnet zu haben, dass derartige Teilchen nur entstehen können bei Temperaturen, wie sie in unserem Universum schon kurz nach Beginn der Inflationsphase nicht mehr geherrscht haben.
 
Da der durch Menschen einsehbare Teil des Weltalls damals aber extrem kleinen Durchmesser hatte — wohl kleiner als die Plancklänge —, sein nicht wahrscheinlich, dass er damals mehr als nur ganz wenige magnetische Monopole enthalten haben kann. Sie könnten heute durchaus noch existieren, wären dann aber in unserem Universum extrem selten, da nun ja über einen kugelförmigen Bereich verteilt, dessen Radius ca. 43 Mrd. Lichtjahre beträgt.
 
Wir dürfen deswegen nicht erwarten, auch nur ein oder zwei davon wirklich zu finden.

 

 Beitrag 0-434
Magnetische Monopole — warum es sie geben kann, obgleich wir keine finden

 
 

 
Warum es magnetische Monopole geben kann,

obgleich wir keine finden



John D. Barrow (2011):
 
Die von Alan Guth vorgeschlagene, heute allgemein akzeptierte Inflationstheorie liefert eine naheliegende Erklärung für gleich 3 Phänomene:
     
  • die erstaunliche Isoptropie und Flachheit des beobachtbaren Universums,
     
  • die Nähe seiner Expansionsrate zur kritischen Trennungslinie zwischen ewiger Expansion und späteren Big Crunch,
     
  • und das Fehlen einer gewaltigen Menge von Monopolen.

 
Magnetische Monopole können entstehen, wenn in verschiedene Richtungen weisende magnetische Kräfte in Konflikt geraten. Der Inflationstheorie nach aber war die Region, aus der unser sichtbares Universum entstand — heutiger Durchmesser 3 • 1027 cm — nur etwa 3 • 10-25 cm groß gewesen.
 
Die Wahrscheinlichkeit, dass eine derart kleine Region frei von magnetischen Fehlanpassungen, d.h. frei von Monopolen ist, dürfte groß sein, selbst wenn sich in jedem Kubikzentimer des vor-inflationären Raumes Milliarden solch magnetischer Fehlstellen fanden.
 
 
Das hohe Maß an Glätte, das wir im Universum beobachten, scheint darauf zurückführbar, dass in einem inflationären Raum unser gesamtes sichtbares Universum das aufgeblähte Bild einer winzigen Fluktuation ist, die durch Photonen geglättet wurde, welche die Energieüberschüsse von heißeren hin zu kühleren Regionen transportierten.
 


 
Quelle: John D. Barrow: Das Buch der Universen (2011), S. 212-213

 
 
Historische Notiz: Die Inflationstheorie hat sich durchgesetzt während eines 2-wöchigen Wörkshops, der Juni/Juli 1982 in Cambridge stattfand. Eine erste Zusammenfassung seiner Ergebnisse gaben J.D. Barrow und M.S. Turner: » The inflationary universe. Birth, death and transfiguration « in: Nature 298 (1982), p. 801-805. Dieser Nature-Artikel wurde hand­schriftlich eingereicht und war schon 5 Tage später veröffentlicht.
 
Ausführlicher sind die Ergebnisse jenes Workshops beschrieben in G. Gibbons, S.W. Hawking und S.T.C. Siklos (Hrsg.): The Very Early Universe, Cambridge 1983.


 

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