兩個磁單極子互相崇拜，
一見鍾情，
但二者都不能親近，
狄拉克是如此可怕地苛刻！
——《量子論的華爾普吉斯之夜》
電和磁這兩個概念我們再熟悉不過了。電有正電荷和負電荷，電荷之間同性相斥、異性相吸。同樣的，磁也有北極和南極（下圖）。但是它們卻有著根本性的不同：電有獨立的電荷，比如電子；而磁卻沒有獨立的磁荷。磁鐵的南北極總是同時存在的，如果你把一塊磁鐵斷開，你並不會得到兩個獨立的南磁極和北磁極，而是兩個分別具有南北磁極的小磁鐵。
在物理上，相距很近但符號相反的一對電荷或磁荷被稱之為偶極子。如果只有一個出現，就稱之為單極子。電單極很普遍，任何一個帶有電荷的基本粒子都是，比如電子或者夸克。但是磁單極子？到目前為止，我們還從未在自然界發現它的蹤跡。在自然界中，哪怕科學家只找到一個磁單極子，那都深遠地改變現在的物理理論，以及改變我們對我們宇宙的認知。
引力和靜電力。（© WikiPremed MCAT Course）
如果電荷正在移動，即電流，它會產生垂直於電荷移動方向的磁場。如果電流沿一根筆直電線通過，磁場就會環繞著電線產生。如果把帶電流的電線閉合成一個迴路或線圈，就會在裡面產生磁場。如果線圈裡的磁場改變了，就會產生電流！這就是電磁感應，法拉第在150多年前就發現了。
電磁感應的概念。（© Richard Vowter）
所以，我們有電荷、電流和電場，但是從來沒有磁荷和磁流，只有磁場。通過改變磁場可以驅使電子移動，但是你不可以通過改變電場來使磁荷移動，因為磁荷並不存在。換句話說，宇宙中的電和磁之間有著基本的不對稱性。這也是為什麼麥克斯韋方程中電場（E）和磁場（B）方程看起來如此的不同（下圖）。從方程▽•B=0我們也可以看出這樣一個經驗事實：磁單極子不存在。只有在真空中，僅當ρ=J=0時，麥克斯韋方程才顯出一種對稱形式。
麥克斯韋方程的微分形式（左邊）和積分形式（右邊）。（© Ehsan Kamalinejad）
現在我們假設，自然界中的確有磁荷和磁流的存在，只是我們還沒發現它們。如果磁單極子的確存在，那麼麥克斯韋方程看起來會是這樣的（微分形式）：
磁單極子不存在（左邊），磁單極子存在（右邊）。（© Ed Murdock）
一旦允許磁單極子存在，除了一些基本常數的不同，麥克斯韋方程看起來非常對稱！
狄拉克：「在科學研究中經常出現的巧合是，當你去尋找一個東西時，你卻發現了一些未曾預料到的東西。這種事情發生在我身上了，使我發現了磁單極子的概念。那時，我並沒有去尋找磁單極子這類東西。」
磁單極子在20世紀始終處於物理研究的圈外，不僅僅是因為它們在自然界中沒有被發現。隨著作為自然界基本定律的麥克斯韋-洛倫茲理論的建立，磁單極子似乎被排除在理論圈之外。然而，事情的轉變發生在1930年代和1970年代。
1931年，狄拉克正忙於研究新的空穴理論，他向《皇家學會學報》遞交了一篇引人注目的論文，題為「電磁場的量子化異常」。該論文將3個新假設的亞原子粒子引入到物理學當中，它們分別是：正電子、反質子和磁單極子。狄拉克最初的目標並不是為了創立一個磁單極子的理論，它的出現似乎只是一個偶然結果，是在解釋基本電荷存在這一更基本的研究中出現的一個副產品。
狄拉克的磁單極子是一個假設的粒子，只是被證明不被量子力學禁止。狄拉克當然也意識到，這並不能保證磁單極子在自然界中就實際存在。但是，由於理論上不存在阻礙磁單極子存在的理由，那麼它們很可能存在於自然界的某處。
到了1970年代，物理學家開始把注意力集中在大統一理論上。想起了阿蘭•古斯在一次採訪中被問及：「你是怎麼從粒子物理學進入到宇宙學的呢？」他回答說：「我做了8年的粒子物理學博士後才進入宇宙學領域。那時大統一理論很流行，有一天我的同事亨利•泰伊問我，大統一理論是否預言磁單極子的存在。那時我都沒聽說過大統一理論，但是很快我就掌握了並進行了大量計算。的確，理論預言了磁單極子的存在。而且質量大的誇張，大約是質子質量的10¹⁶倍。之後，我和亨利•泰伊得出結論：在宇宙初期應當存在大量的磁單極子......在研究磁單極子的數月後，我意識到宇宙大爆炸之後抑制磁單極子生成的機制會使宇宙進入指數膨脹的時期。於是我提出了宇宙暴漲模型。」 阿蘭•古斯提出的暴漲模型不僅磁單極子的疑難，也同時解決了視界和平坦性問題。
（註：所謂的大統一磁單極子，在某些方面與狄拉克磁極有顯著的區別，它們質量很大，且被賦予一種內部結構。）
1974年以後，當特霍夫特（'t Hooft）和坡裡亞可夫（Polyakov）證明規範場理論【例如SU(5)】預言了磁單極子時，很多人對這些磁極表示了極大的關注。那麼重點是，我們要怎麼尋找它？歷史上最著名的一個實驗來自美國史丹福大學的物理學家布拉斯•卡布雷拉（Blas cabrera），他把一個線圈降溫至9K，使其成為超導線圈，並把它放在一個超導的鉛箔筒中。該筒用以屏蔽掉一切帶電粒子引起的磁通量和消除外界磁場的影響，只有磁單極進入線圈時可以引起磁通量的變化。
假如有一個磁單極子從儀器中通過，儀器就會得到一個8磁子（磁子是一個常數）的信號。如果一個磁偶極子通過，就會得到一個+8磁子的信號緊隨著一個-8磁子的信號。他確實得到了一些信號，但都是一兩磁子而已，從來沒有超過3磁子。
布拉斯•卡布雷拉的第一次試驗結果（1982）。（© Cabrera B.）
直到1982年2月，情人節那天，卡布雷拉並沒有到實驗室工作。而當他再次回到辦公室的時候，驚訝地發現儀器恰恰在情人節這天記錄到了一個8磁子的信號。這個發現引起了物理學界廣泛的討論。此後，卡布雷拉建造了更為大型的探測器，想要尋找更多這樣的信號，卻再也沒有找到。著名物理學家史蒂芬•溫伯格在1983年的情人節還專門寫了一首詩給卡布雷拉：
玫瑰是紅色的，
紫羅蘭是藍色的，
是時候找到磁單極子了，
第二個！
但是，第二個磁單極子再也沒出現過。難道卡布雷拉的實驗結果是一個極其不可能的故障？難道在宇宙中只有這麼一個唯一的磁單極子正好經過他的探測器？儘管他的實驗不能用其他原因作解釋，但即沒有被證明是錯的，又同樣沒有被確認是對的。一個單獨的事件並不足以改變磁單極子的命運——從一個理論預言的粒子到一個真實存在於自然界中的粒子！
現在仍然有許多的實驗在尋找磁單極子，但至今仍然毫無收穫。儘管從美學的角度出發，我們渴望著磁單極子的存在，但或許自然在某些程度上就是不對稱的。
磁單極子，存在，還是不存在？我們無法給出答案，這是一個只有依靠實驗才能解決的問題。
參考文獻：
【1】P.A.M.Dirac, Quantised Singularities in the Electromagnetic Field ，Proc.Roy. Soc. A 133, 60 ，1931
【2】'tHooft, G. (1974). "Magnetic monopoles in unified gauge theories".Nuclear Physics B 79 (2): 276–284.
【3】A.M. Polyakov,Zh. Eksp. Teor. Fiz. Pis'ma. Red. 20, 430 (1974) [JETP Lett. 20, 194 (1974)].
【4】First Results from a Superconductive Detector for Moving Magnetic Monopoles, Physical Review Letter, 48(20)1378-1381.
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