磁鐵和磁力在我們的日常生活中無處不在，磁針可以幫助我們在不熟悉的地方找到方向，而冰箱貼可以將孩子的畫固定在冰箱門上。除了這些常見的例子，磁場還在宇宙中扮演著重要角色。有時候，磁場會對周圍環(huán)境產(chǎn)生重大的影響，比如在危險的磁星環(huán)境，以及用途很廣的核磁共振掃描儀。不過，在大多數(shù)情況下，磁場只是簡單地存在，并受到其他更強作用力的影響。雖然不是很起眼，但磁物理學中還是蘊含著一些鮮為人知的秘密。

　　ESA - Christophe Carreau.

　　磁力源于運動

　　帶有電荷的單個粒子，盡管什么都不做，也會產(chǎn)生一個電場。這個電場圍繞在粒子周圍，會引導其他帶電粒子做出相應的運動。如果附近有一個帶同樣電荷的粒子，那它就會被推開；如果是帶相反電荷的粒子，那二者就會互相靠近。

　　但是，如果你讓這個電荷運動起來，就會發(fā)生令人驚訝的事情：一個新的場出現(xiàn)了！這個奇怪的場表現(xiàn)出與眾不同的行為方式：它不是直接指向或遠離電荷，而是圍繞著電荷旋轉(zhuǎn)，總是垂直于電荷運動方向。更重要的是，附近的帶電粒子只有在同樣處于運動狀態(tài)時，才能感受到這個新的場，而它感受到的作用力又是垂直于它的運動方向。

　　這個場也就是我們所說的磁場，它既是由運動中的電荷產(chǎn)生的，同時也只影響運動中的電荷。但是，冰箱貼并不會運動，它為什么有磁力呢？

　　你的冰箱貼磁鐵沒有在運動，但是構(gòu)成它的物質(zhì)正在運動。在磁鐵中，每個原子都具有一層又一層的電子，而電子是具有自旋性質(zhì)的帶電粒子。自旋是一種十分深奧而且量子化的特征。為了闡述磁場，我們可以將電子想象成微小的旋轉(zhuǎn)金屬球（當然我們都知道，這樣想象嚴格來說是很不準確的）。

　　這些電子都是運動中的電荷，而每個電子都能產(chǎn)生自己的微小磁場。在大多數(shù)物質(zhì)中，電子具有不同的運動方向，并在宏觀尺度上相互抵消；但是在磁體中，大量的電子會排列整齊，產(chǎn)生足以將冰箱貼粘附在冰箱上的磁場。

　　磁單極子可能存在

　　由于我們在宇宙中見到的所有磁場都是通過運動中的電荷產(chǎn)生的，因此，你永遠無法將磁北極和磁南極分開，它們永遠成對存在。如果你將一塊磁鐵切成兩半，你會得到兩快磁力變小的磁鐵；它們內(nèi)部的電子依然在不斷運動，“自動地”產(chǎn)生新的磁場，重新編排北極和南極。

　　磁體的這種性質(zhì)眾所周知，以至于英國物理學家詹姆斯·麥克斯韋（James Clerk Maxwell）在他著名的麥克斯韋方程組中，直接斷定“磁單極子不存在”。麥克斯韋闡述了電和磁兩種現(xiàn)象之間的關系，并引入了電磁場的概念。多年以來，人們一直對“磁單極子不存在”的觀點深信不疑，但隨著我們開始觀察到神奇而古怪的亞原子世界，隨著科學家對量子力學的了解日益加深，磁單極子又成為物理學界重要的研究主題之一。量子物理學的先驅(qū)之一、英國物理學家保羅·狄拉克（Paul Dirac）注意到，在磁單極子假說的數(shù)學推理中，隱藏著一些有趣的東西。