无线电波、微波以及光本身都是由电场和磁场组成的。电磁学的经典理论在1860年代由麦克斯韦完成。那个时候,麦克斯韦的理论是革命性的,提供了理解电学、磁学和光学的统一框架。现在,物理学家Ivan Agullo和他的合作者在这个理论的基础上更进一步。麦克斯韦的理论有一个显著的特征:当不存在电荷和电流时,它在电磁和磁场的交换下保持不变。这种对称性被称为电磁对偶性。
但是,虽然存在电荷,但我们从来没有在自然界中发现过任何磁荷。如果磁荷的确不存在,那么该对称性也无法存在。一直以来,这个谜题激发着物理学家去寻找磁荷(或磁单极子)。但到目前为止,还没人发现磁单极子的踪迹。这是一些物理学家感到困惑。现在,Ivan Agullo和他的同事发现,是引力加上量子效应,破坏了电磁对偶性或者电磁场的对称性。Augllo表示:“不管磁单极子是否存在,引力都会破坏电磁对称性。
这非常令人惊讶。这就意味着在基本的层面上,该对称是无法存在于我们的宇宙之中的,因为引力无处不在。”Augllo和他的同事的发现是基于先前的理论——阐明了其它粒子(即费米子)中的该现象,并将其应用在电磁场的光子中。Augllo说:“我们能够以一种非常像费米子的理论的方式,写下电磁场的理论。并通过在费米子中发展的强大技巧证明该对称性不存在。”这个发现的最直接影响就是对宇宙诞生的研究。
科学家通过卫星收集了微波背景辐射(CMB)——宇宙大爆炸遗留下来的热辐射——的数据。对CMB的分析可以获取关于宇宙历史的许多珍贵的信息,包括大爆炸是如何开始的。当科学家分析这些数据时,他们假设在CMB中的光的偏振不受宇宙中的引力场的影响,而这只有在电磁对称性存在的情况下才成立。但是,此次的研究表明,在基本层面该对称性是不存在的,就意味着CMB的偏振在宇宙演化过程中会有所改变。
因此,未来科学家分析数据时,需要把这个效应考虑进来。