Tek kutuplu mıknatıs mümkün olabilir mi ve mıknatıslar neden çift kutuplu olur?

Doğada manyetik tek kutup yoktur. Manyetik tek kutup arayışının, gerek teorik gerekse deneysel olarak uzun bir tarihi vardır. Bu arayış bizim karşımıza her seferinde neden manyetik tek kutup olamayacağına dair farklı açıklamalar çıkarmıştır. Bu açıklamalardan bir kısmını kaynaklardan görebilirsiniz.

En basit iki tanesinden bahsedebiliriz. İlki manyetik alanın fiziksel kaynakları ile ilgili. Diğeri de en temel matematiksel formülasyonlarla ilgili.

Elektrik alan kaynakları artı ve eksi yükler, bunlar birbirlerinden ayrı olarak bulunabiliyor. Bu nedenle elektrik alan için tek kutup elde edebiliyoruz. Yapmamız gereken şey sadece elektrik alan kaynaklarından artı yükleri (ya da eksi yükleri) bir yere toplamak, hepsi bu. Manyetik alan içinse, kaynak manyetik dipol dediğimiz yapı. Bu da temel parçacıkların spin dediğimiz özelliğinden kaynaklanıyor. Elbette atomun yörüngesinde dönen elektronun bir akım halkası oluşturması da benzer bir kaynak, ama baskın olan mekanizma spin. İşte bu temel kaynağın manyetik çizgileri kapalı. Eğer tek kutup olsaydı bu çizgiler açık olacaktı.

Bu noktada şöyle düşünmek çok da yanlış olmaz: maddeyi bölmeye başladığınızda en sonunda elde edeceğiniz en küçük birim bir temel parçacık olacaktır, mesela elektron ya da bir proton. işte elde edeceğiniz bu temel parçacığın oluşturduğu elektrik alan çizgileri açıktır, bu elektriksel tek kutuplu varlığını gösterir. Oysa elde ettiğiniz bu temel parçacığın manyetik alan çizgileri her zaman kapalıdır. Bu da manyetik açıdan baktığınızda tek kutup elde edemediğiniz anlamına gelir.

Matematiksel açıdan en basit olarak şu şekilde ele alabilirsiniz: gerek elektrik alan gerekse manyetik alanı anlatan potansiyel ifadelerimiz var. Bu potansiyel ifadelerini (uzaklığa göre) seriye açarak sonsuz tane terim toplamı şeklinde yazdığınızda, ilk terim monopol, ikinci terim dipol, üçüncü terim kuadrupol, dördüncü terim oktupol vb. isimleri alır. Elektriksel potansiyel için terimlerin her biri sıfırdan farklı olur. Ancak manyetik potansiyel için ilk terim, yani monopol terimi her zaman sıfır verecektir. Bu da en basit yoldan matematiksel olarak manyetik monopol (tek kutup) yoktur, şeklinde yorumlanır.