电生磁与磁生电

物体在其中会因能量梯度的不同而感受到作用力，这个作用力可以驱动物体的运动。不仅仅是电和磁可以产生场，质量本身也可以产生引力场。电磁场就是电和磁在空间的一种能量分布而已，电荷和磁矩在其中会受到作用力，这就是电生磁和磁生电的奥秘所在。
　　
　　要注意的是，虽然说电和磁两兄弟来自同一个妈而且不分家，但毕竟哥哥和弟弟还是有区别的。看看最小的电荷——电子就知道，它不仅仅只有质量、体积、一个单位电荷，还有另外一个特征——自旋。即电子本身就是带1/2个单位磁矩的，一个单位磁矩叫玻尔磁子，就是具有n极和s极的最小磁单元。自旋并不是说电子不仅绕原子核公转还有自转，实际上由于电子半径非常之小，要是自转能产生如此大的磁矩的话，其边缘的速度就必定超过光速，这是违反物理规律的。我们并不清楚为什么电子会有自旋的特征，但我们清楚地认识到，电子具有内禀磁矩——自旋磁矩。现代物理学研究表明，不仅仅是电子，类似电子的其他轻子也有1/2的自旋磁矩，而其他微观粒子也有不同的磁矩大小，有的粒子完全可以不带电荷但却有磁矩，如中子。原子核的质子和中子组成将形成核磁矩，而核外电子也将产生绕核运动的轨道总磁矩和自旋总磁矩。实际上，电子的自旋磁矩要比轨道磁矩大得多，故原子的总磁矩主要来自于不同自旋方向的电子数差异形成的总自旋磁矩。这么一来，固体的磁性就来源于材料中原子磁矩的排列方式。如果原子磁矩大小相同并且方向相同，那么材料整体将体现铁磁性，它可以发生自发磁化并形成稳定态，如电流磁场把铁磁化成磁铁。如果原子磁矩大小相同，但是相邻的磁矩方向相反，那么材料整体将体现反铁磁性。如果原子磁矩的排列是杂乱无章的，那么材料整体就是顺磁性。原子磁矩在材料内部一定范围内形成微区的不同分布，可以形成所谓的磁畴，即每个畴区总磁矩方向都不一样。这么看来，磁的起源要比电的起源要更为复杂。
　　
　　尽管人们早已经知道，电的单位载体就是电荷，但是磁的单位载体是磁荷么？这一点很令人困惑。如果你注意到前文提到磁都只说磁矩。而不说磁荷就感受到困难所在了。无论你把任何一块n-s磁铁断开，形成的两块磁铁还是分别具有n和s极，甚至到了微观粒子还只能说磁矩不能说磁荷！理论上，磁荷又叫做磁单极子，即独立具有n极或者s极的磁单元。许多理论家都预言了磁单极子的存在，但是实验物理学家费了九牛二虎之力和无数个日夜去寻找却总是无功而返，其中包括多次的太空探测实验。直到2009年，德国和法国物理学家在一种自旋冰晶体（钛酸镝和钛酸钬单晶）中，通过在低温下（0.5-2k）加强磁场使得磁单极子分离，观察到了磁单极子的存在。中子散射和muon子散射的数据清晰地看出磁单极子是分开的。虽然发现的磁单极子只是在固体材料内部并且在某些特定的外在条件下实现，但这让科学家对探测孤立磁单极子的仍然充满了浓厚的兴趣和希望。
　　
　　物理学家已经把电相互作用力和磁相互作用力统一为电磁相互作用，并进一步和弱相互作用以及强相互作用统一为大统一理论。微观粒子之间电磁相互作用是通过交换电磁场能量量子——光子实现的，电生磁和磁生电不过是电磁相互作用的宏观体现。当然，更多的难题还在后面，人们目前仍然不知道电子的内部结构，也尚未清楚电荷本身的起源。何况磁荷还遮着面纱，更无法知晓其内部结构了。或许，这就是后辈物理学家在前人的肩膀上继续前进的理由。
　　

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