科學船塢

到目前為止，人類只發現大自然存在四種力。

按照強弱排序分別是：強相互作用力，電磁力，弱力，以及引力。

強弱相互作用力作用在微觀粒子上，宏觀世界最常見的力就是引力和電磁力。

除了引力，其他三種力都有傳遞相互作用的傳播子。引力很特殊，目前還沒有找到引力子，但是可以通過時空彎曲解釋引力產生的本質。

平時我們看到的磁鐵可以隔空吸引鐵鎳鈷等物質。

那麼大家就會好奇，傳遞磁力的中介子是什麼？

磁力的本質也是電磁現象，並不可以隔空作用。

我們知道原子核外都繞著電子，電子可以自旋，同時也以電子雲的形成分佈在原子核外。

電子的自旋可以產生自旋磁矩，電子在原子核外運動也可以產生軌道磁矩。

這兩種磁矩加起來就會使原子呈現磁性。電子的自旋方向和軌道決定了磁矩的方向。

不過生活中大部分物體內的原子核外電子都是配對的，一個電子自旋為下，另一個就為上，所以自旋磁矩可以抵消。即便存在未配對電子，如原子無序排列，未配對電子們產生磁矩就會在微觀尺度下抵消，所以宏觀尺度上並不會表現出磁性。

如果一個物體內的原子存在未配對電子，並且排列有序，那麼電子自旋產生的磁矩就會疊加起來，在宏觀上就會體現出磁性。

磁鐵靠什麼傳遞力？

磁鐵的名稱雖然只有“磁”，但是它還有“電”的一方面，從微觀本質上來看，磁是電的體現，所以有磁現象必然有電現象。磁鐵是靠場傳遞的，而這種場是一種沒有質量的物質，這就是虛粒子。磁場是由虛光子組成的。但是有時候虛光子也具有質量，比如運動產生的相對論質量。

事實上，虛光子和光子並沒有明確的界限，有時候兩者就等價。可以理解磁場是通過無法用實物粒子來描述的虛光子來傳遞相互作用的。

科學認識論

如果搞清了“磁鐵吸鐵”的微觀機制，那麼，就等於找到了動力學的“統一方程組”。

不過請牢記：磁鐵與磁鐵之間必須遵循一個重大法則：同極相斥，異極相吸 (Like repel and unlike attract)。

磁鐵吸鐵的深層機制，目前沒有合格的解釋方案。得從“質子·電子·量子”三大基元粒子(簡稱三基元)說起。

這裡的量子，是“場量子·光量子·引力子”的統稱，量子是空間(真空場)的基本單元。為簡化起見，本文的這三種量子不作區別。

根據電子湮滅方程規定：量子質量≡電子質量(m₀)，量子引力勢能≡電子慣性勢能(m₀c²)。

磁性，源於基元粒子的光速自旋

根據粒子物理學常識，量子既是構成空間的基本單元，也是構造實體的基元物質。

根據電子湮滅反應：電子是光子急遽收縮的產物，光子是電子急遽膨脹的產物。

磁性的微觀機制

本文把“三基元”看成“陀螺自旋體”模型，簡稱“基元陀螺”，見上面的圖2。

基元陀螺皆以光速自旋，形成南北極。頂部有凹面錐的叫北極。底部有凸面錐的叫南極。

從上往下看，陀螺順時針旋轉，凹面錐的底部將灌入量子反彈出去，形成正壓強。

從下往上看，陀螺逆時針旋轉，凸面錐的頂部將空間量子分野開來，形成負壓強。

於是，陀螺南北極附近就有了“負壓差”，表現為“引力場”，或磁偶極矩，也叫磁性。

換言之，磁偶極矩即磁性，磁性來自南北極，磁單極子不存在，磁性來自負壓差。

電扇如同自旋體，電扇自旋有磁性：正面有正壓，負面有負壓。大家皆可琢磨這個實驗。

颱風如同自旋體，颱風自旋有磁性：頂面有正壓，底面有負壓，故有龍吸水與拔大樹。

螺旋槳如自旋體，螺旋槳也有磁性：後面有正壓，前面有負壓，飛機吸上天、輪船吸向前。

電子自旋有磁性，頂部凹錐有正壓，底部凸錐有負壓，電子因有負壓差，電子才有真空場。

質子自旋有磁性，頂部凹錐有正壓，底部凸錐有負壓，質子因有負壓差，質子才有真空場。

光子自旋有磁性，繼承電子自旋體。光子必有真空場。光子必有引力場，光子才是場量子。

光子作為空間真空場的基本單元(或計算單元)，具有廣義磁性，所以才有吸收光譜。

質子含有正電子，電子與質子耦合，正負電荷相互切割磁力線，產生洛倫茲力與電磁場。

電子繞旋原子核，電子從近核點進動到遠核點進動，激發多頻場量子，故有多頻原子光譜。

電子磁力或場引力：F₀=m₀c²/r₀...(1)，

電子固有引力勢能：E₀=F₀r₀=m₀c²...(2)

質子磁力或場引力：F*=m*c²/r*...(3)，

質子固有引力勢能：E*=F*r*=m*c²...(4)

光子磁力或場引力：F₀'=m₀c²/r₀'...(5)，

光子固有引力勢能：E₀'=m₀'c²=hc/λ₀...(6)

為什麼“同極相斥·異極相吸”？

兩個磁鐵北極相遇會排斥(N斥N)，是因為北極有牴觸的正壓強，好比兩電扇迎接有斥力。

兩個磁鐵南極相遇會排斥(S斥S)，是因為南極有向背的負壓強，好比兩電扇背靠有斥力。

兩個磁鐵異極相遇會吸引(N吸S)，是因為北極正壓向與南極負壓向相同，一推一拉很默契。

電子與質子好比兩個磁鐵，中子≈質子+電子。質子攜帶1個正電子(e⁺)。正電子的真諦是：

通常，電子(e⁻)，圍繞核電荷(Ze⁺)，總是南北極相向分佈。故這個世界幾乎只有負電子。

但是，若電子投入反向磁場，南北極軸就可能顛倒過來表現為正電子。其實還是那個電子。

狄拉克過度類比鏡像對稱，預言反電子，安德森雲室實驗“證實”反電子，都是陰差陽錯。

其實，自然界不存在宇稱對稱(即軸對稱或鏡像對稱)：反物質不存在，反軸向分佈可以有。

反電子不存在，而正電子可以有。反質子不存在，而負質子可以有。反中子是天方夜譚。

強力的定義：基元粒子固有強磁力F=mc²/r，簡稱強力。電子/質子強力如方程(1)/(2)。

就全自洽與可釋然的物理邏輯而言，強力是各種力的總根源，可是如何解釋這些問題：

為什麼電子不易墜入原子核？為什麼會有核子或分子之間的引斥力？為什麼水星不會墜入太陽？強力是怎麼弱化為極弱的萬有引力呢？

有兩個大邏輯，可以歸入物理公理集：

第一法則：獨立自由的排它法則，

粒子必須確保有足夠光速自旋簡併壓與轉動慣量不均衡導致的進動自由空間，以抵制外來碰撞而保持固有的內空間。

基元體積不可再壓縮，固有光速自旋不可輕易被破壞。這也說明，電子與質子極其穩定，極不輕易被縮小，極不輕易被解體。

第二法則：同斥異吸的節約法則。

同斥異吸，即同極相斥異極相吸。節約法則，也叫最小作用量原理，是自然界的普適規律。

1個或2個(或n個)自旋體，構成一個系統。該系統保持最低能態，沒有多餘，此稱節約法則。

電子與質子構成原子，雖然各自強力很大，但由於相互吸引，原子勢能反而<

質子與質子構成原子核，由於兩個質子之間的同斥異吸效應，原子核勢能<

這就是電磁力<

可以推出：電弱力與強力統一方程：

F₁=ke²/R²=K₁(m₀c²/R+m*c²/R)，即：

F₁=ke²/R²=K₁c²(m₀+m*)/R...(1)

式(1)，K₁是電磁力對強力的節約係數，簡稱“電強係數”，R是電荷的引力場半徑。

有：K₁=ke²/c²(m₀+m*)R...(2)，

也可推出，萬有引力與強力統一方程：

F₂=Gm₁m₂/R²=K₂c²(m₁+m₂)/R...(3)

式(2)，K₂是萬有引力對強力的節約係數，簡稱“引強係數”，R是實體引力場半徑，

有：K₂=Gm₁m₂/c²(m₁+m₂)R...(4)

可見，萬有引力既適合宏觀天體，也適合微觀大粒子，如原子、分子，但不適合亞原子。

參與零和博弈的敵對勢力構成的系統，總能量<

參與雙贏博弈的聯合勢力構成的系統，總能量<

即使是同性戀，也是因為個性基因之遺傳變異，本質上還是遵從雌雄相吸的自然法則。

為什麼“磁鐵只吸鐵鈷鎳”？

顯然，三基元陀螺自旋體的負壓差，決定了它們真空引力場，具有普遍吸引的磁性。對於多粒子的實體，表現為萬有引力。

而且，磁鐵是實體，當然有真空引力場，表現出很弱的萬有引力之共性。

但是，磁鐵另有強磁性，完全覆蓋了原有的萬有引力。尤其釹鐵硼是普通磁力的800倍。

磁鐵，不僅吸鐵(⁵⁶₂₆Fe)，還可以吸鈷(⁵⁷₂₇Co)與鎳(⁵⁸₂₈Ni)，這是因為它們原子結構極相似。

不妨把鐵鈷鎳及同位素統稱“類鐵元素”。不排除磁鐵對25號錳元素(⁵⁵₂₅Mn)有一定磁性。

釹鐵硼是基於Nd2Fe14B化合物的永磁鐵。釹Nd，可用部分鏑Dy鐠Pr其他稀土替代，鐵可用部分鈷Co鋁Al替代，硼用來形成四方晶體金屬間化合物，具有高飽和磁化強度，高的單軸各向異性和高的居里溫度。

就宏觀而言，質子數是強力的標誌。鐵磁性是因為鐵原子質子的佔有數與佔比數之“雙佔指標”尤其突出。觀察以下元素的雙佔指標：

釩⁵¹₂₃V=45.1%，鉻⁵²₂₄Cr=46.2%，錳⁵⁵₂₅Mn=45.5%，鐵⁵⁶₂₆Fe=46.4%，鈷⁵⁷₂₇Co=47.4%，鎳⁵⁸₂₈Ni=48.3%。

可見，鐵鈷鎳的雙佔指標最為接近，它們各自南北極的磁性，具有更好的匹配性。因此磁鐵對鐵鈷鎳具有顯著的強磁性。

就微觀而言，類鐵原子核子南北極排列的有序性最好，其節約效應最小。表現出強磁性。

地球是個大磁鐵，地核全是鐵，鐵元素佔比最大，其次才是氧元素。地磁性與鐵磁性的解釋方案，是一樣一樣的。

結語

1. 萬物有磁性，與萬有引力是一個意思，其根源是電子·質子·光子，這三基元粒子，都是光速自旋體，都有南北極與負壓差，導致真空引力場。

2. 強力是萬有磁性的總根源。同斥異吸法則，導致多粒子系統有最低能態效應，極大弱化了強力疊加性。

3. 磁鐵的顯著磁性，是由於類鐵原子所含質子數佔有量與佔比值很接近而匹配，使得核子南北極排列有最好的有序分佈。

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物理新視野

所有物質都是由分子或原子構成。而原子核外電子定向轉動就會形成磁性。一般物體分子排序雜亂無章，所以電子轉動形成的磁場相互抵消了，所以普通物體沒有磁性。而磁鐵原子核外電子都是朝一個方向轉動，所以磁鐵有磁性。

磁鐵吸引鐵的過程叫磁化，是把鐵中雜亂無章的電子, 通過磁場, 變得有序。

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吸鐵石具有吸引金屬原理是什麼呢？磁鐵能夠吸住鐵、鎳、鈷等金屬，俗稱為吸鐵石。可分為一般常見永久磁鐵，以及通電時才具備磁性的電磁鐵。磁鐵若被製成棒狀或針狀並懸掛起來，會很自然地指向地球南極和北極。磁鐵分為大型磁鐵和小型磁鐵。

吸鐵石學名磁鐵，磁鐵是磁體一種。

吸鐵石不一定只能吸鐵，還可吸鈷和鎳。磁鐵會有磁力是因為原子排列較整齊，而不會導致指北極和指南極能量互相抵銷，原理是因為吸鐵石會產生封閉的同心圓磁力線來間接影響其它物質。

微觀磁性是指原子磁性。原子發作磁性基礎是單電子。鐵有多個單電子，所以磁性較強，銅沒有單電子，所以沒磁性。原子有了單電子，有了微觀磁性，還不等於微觀上就一定有磁性。很多材料是反鐵磁材料。

環繞原子核高速旋轉的電子相當於形成了環行電流。在磁鐵類物質中，磁力線方向規整一致，表現出磁性。

吸鐵石之所以吸鐵，因為在外界磁場效果下，鐵自身各微磁場會沿磁力線方向改變，從而產生和吸鐵石外部磁力線方向一致的磁場。金屬被吸過程，就是一個內部電子旋轉方向被強制改變過程。

大型磁鐵 磁鐵用途很廣泛，利用電磁鐵，製成運送鋼鐵的起重機。通電後成為磁性強大的磁鐵，所以能吸住笨重鋼鐵。放下鋼鐵時只要切斷電源即可。

小型磁鐵 與大型磁鐵相比，指南針顯得既小又輕，磁性也弱了許多。指南針作用不在於吸鐵，而在於反映地球磁力。

磁鐵吸引鐵、鈷、鎳等物質性質被稱為磁性。磁鐵兩端磁性強的區域被稱為磁極，一端為北極(N極)，一端為南極(S極)。實驗證明，同性磁極相互排斥，異性磁極相互吸引。

鐵中有許多具有兩個異性磁極的原磁體，在無外磁場作用時，這些原磁體排列紊亂，它們磁性相互抵消，對外不顯示磁性。當把鐵靠近磁鐵時，這些原磁體在磁鐵作用下，整齊排列起來，使靠近磁鐵一端具有與磁鐵極性相反極性而相互吸引。這說明鐵中由於原磁體的存在能夠被磁鐵所磁化。而銅、鋁等金屬沒有原磁體結構，所以不能被磁鐵吸引。

原子內部電子運動產生磁電效應。再具體點，就是電子雲方向和形狀決定了物體電磁性。磁石帶磁，其實就是這種材料天然或經外力強制後，它原子內部電子雲能一致保持在產生磁性狀態上，如此，宏觀上磁鐵就帶磁了。磁鐵能吸鐵，也是因為鐵原子電子雲運動在磁場作用下會發生變化，暫時產生一定磁性，從而和磁鐵互相吸住。

所謂電流並不是電子在導體內流動而產生，電子並不能隨意脫離原子，那需要相當能量。電流只是在電壓或磁場下，導體相當數量原子內部電子雲狀態轉成了電狀態而已，電壓越高，發生轉化的原子越多，電流就越強。

電生磁，磁生電，是由於二者電子雲狀態互相垂直，相互能引起轉化。

電磁效應絕對是這個世界最根本最本質的效應之一。它決定了這個宇宙的基本運轉。

纖維素科技8何傑

在初中物理中搜集一些素材，有關磁化的實驗，下圖將裝有細鐵屑(注意細鐵屑雜亂無章的裝在試管中)的試管靠近懸掛的書釘，對書釘無影響；

1820年丹麥的奧斯特發現電流的周圍存在磁場以後，科學家得到啟發，找到了物體磁性的來源。因為物質是有原子組成的，原子的中心是原子核，原子核周圍是繞核高速轉動的電子。電子繞原子核轉動形成環形電流，每一個原子就相當於一個微型磁針。

大部分物體中大量的小磁針是雜亂無章的，所以沒有磁性。有的物體中大量的小磁針指向較為一致，物體就有了磁性。

甜甜向上314159

磁鐵為什麼能吸鐵？它的能量從哪裡來？

鐵磁物質能被磁鐵吸引的原因是它內部的磁疇可以被磁場極化，被極化後的材料會被磁場所引導吸引，那麼相反，如果材料中磁疇無法被磁場極化或者很難極化，那麼很抱歉，磁場對這種材料的作用就非常微弱，所表現出來的性質就是各管各，沒有那種被吸引的感覺！

常見的諸如鐵、鐵鎳合金或者鋼等都是比較容易磁化的材料，而磁鋼、釹鐵硼等則是磁性材料或者強磁材料！鋁是順磁材料，而銅則是抗磁材料！我們應用最廣泛的除了磁性與強磁材料外，還有一種導磁率很高的軟磁材料，它有一個特性即在磁場想磁疇很容易同向但一場一旦消失則又馬上恢復的材料，它的應用極為廣泛，比如製作電機與變壓器的鐵芯的硅鋼，，如果沒有這種材料，電機就無法啟動或者極為容易發熱！與這種類是的還有一種是鐵氧體，它在中高頻的磁場環境中表現非常出色，而硅鋼則在中低頻中應用廣泛，兩者將常用的各種頻率基本覆蓋了！

矢量磁疇觀察系統下的物質，矢量磁疇觀測通過縱向/極向磁光克爾效應來觀察磁疇的結構，並可以轉換入射光和磁場的方向以達到觀測動態磁疇的變化！！

磁鐵的能量來自於其本身所產生的磁場，而磁場的本質則是電磁場，與能直接轉換成能量的交變電磁場/磁場不一樣，靜態的磁場只能通過導體的相對運動產生交變磁場的效果，因此磁鐵是發電機不可或缺的一部分，當然現代發電機並非一定是由磁鐵來產生磁場，也可能是一個線圈繞組來產生足夠的磁場！但在小型發電機或者很多簡單結構的直流發電機中使用的依然是強磁材料製作磁極！

所以各位不要理解為磁鐵就是永動機哦，這個磁場只能拿來輔助產生能量而不是能夠直接利用的能量，不要在這個問題上搞錯了！！

星辰大海路上的種花家

磁性的本質是電磁力，磁鐵產生磁力是因為它在空間產生磁場，磁場越強，磁力越大。

磁鐵為什麼會有電磁力呢？這是因為這些磁體原子的內部結構比較特殊，有序排列，本身就具有磁矩。

磁性材料一旦被磁化，使其內部原子結構發生變化，從雜亂無章變得有序排列，形成很微小的晶格，這些晶格電子圍繞著某個軸心運動，形成了環形電流，就成了一個個微小的磁體，大量南北極相同小磁體構成了磁性較大的磁鐵。

磁鐵有天然磁鐵、人造磁鐵、電磁鐵之分。

天然磁鐵是由磁鐵礦中開採出來的，主要成分為四氧化三鐵（Fe3O4），是一種本身具有磁矩的礦物，原子形成等軸晶體，晶體呈八面體、十二面體。地球本身就具有強大的磁場，這些磁石埋在地底下，由於其特有的晶體特性，被地球這個大磁鐵所磁化，就成了永久磁鐵。

人造磁鐵是運用天然磁鐵的某些特性，選取相應的材料，製成各種形狀的磁性材料，然後讓其在磁場中磁化。在磁場中，磁性物體受到外磁場的作用，內部小磁體的方向排列趨於一致，就顯示出了磁性。

這些被磁化的磁性物體被撤去磁場後，內部排列能夠繼續保持下去，就成了一個人造磁鐵。由於人類掌握了磁性的本質，因此一些人造磁鐵比天然磁鐵還要穩定和強大。

電磁鐵是運用電磁轉換原理，人為製造出若干環行線圈，中間加上鐵棒。當通電時，就產生了磁場，斷電磁場就消失。中間的鐵棒是為了增加磁性，使電磁鐵更能穩固的吸取物體。

人類自從認識了磁力和電磁轉換的原理後，完全顛覆了這個世界，可以說現代的一切科學進展和社會生活都與電磁力息息相關。

我們現在使用的電力、能源、交通、航天、影視、醫療等等一切，都少不了電磁力的在其中的作用。

時空通訊觀點，歡迎點評討論。

時空通訊

很抱歉，作為四個基本作用力的其中之一，磁力的產生以現在的科技仍然是無法解釋的，我們只能觀察其規律並加以應用。四大基本作用力分別是，引力、電磁力、強核力、弱核力。其中只有引力在愛因斯坦的廣義相對論中，解釋了是由於大質量天體扭曲時空所導致而產生的引力外，其他三個均無法解釋。

小魚人的翅膀

就目前來看，在自然界中，一切力的作用歸根結底無外乎只有四種——引力、電磁力、強核力以及弱核力。磁鐵能夠吸鐵，這是電磁力在起作用。那麼，磁鐵和鐵之間為什麼可以產生電磁力呢？

這個問題需要從微觀角度來闡述。原子的組成有兩部分，一部分是帶正電荷的原子核，還有一部分是原子核外圍帶負電的電子。電子自旋會產生自旋磁矩，從而產生磁場。另一方面，原子核外的電子在軌道上運動還會產生軌道磁矩，這也會產生磁場。此外，原子核的自旋也有自旋磁矩，同樣也能產生磁場。

原子中的各種磁矩結合在一起產生一個總的原子磁矩，而原子磁矩的有序度決定了物質是否具有磁性。如果原子中的磁矩互相疊加，原子磁矩有序度高，這樣就會產生一個磁場，從而使物質具有磁性。這樣的物質就是我們所說的磁鐵，最常見的磁鐵主要是由四氧化三鐵組成。另一方面，如果原子中的磁矩互相抵消，原子磁矩無序排列，這樣無法產生磁場，物質也就沒有磁性。

在磁鐵產生的磁場的作用下，鐵的原子磁矩排列會從混亂變成有序，從而被磁化，併產生磁場。這樣磁鐵和鐵之間就能產生電磁力，所以磁鐵可以吸鐵。

而對於磁鐵無法吸引的其他物質，它們的原子磁矩在磁場作用下不會從混亂變成有序，這樣就無法產生磁場，所以它們無法與磁鐵通過電磁力而吸引在一起。

火星一號

人們最早認識到有“磁性”就是從吸鐵石能吸鐵這個現象開始的。除此之外，還有一個常見現象，就是指南針（中國古代叫司南）。

地球本身可以看做是個大磁鐵，地磁南極位於地理北極附近，而地磁北極位於地理南極附近。