2.12 磁石如何吸住铁

目录 ／ 附录-3.《第2季：微观粒子》短视频草稿 (V5.2)

如果你想真正看懂磁石为什么能吸住铁，先把整座宇宙重新想象成一片会被拉紧、会起纹路的能量海。能量丝理论说，宇宙里的坡度有两种：一种是拉得紧不紧的坡，这叫张度斜坡，引力就是顺着这种松紧坡在滑；另一种是路顺不顺的坡，这叫纹理斜坡，电场和磁场以及电磁力，都是在纹理斜坡上走路。

磁石吸铁，说的就是第二种坡。要搞清楚它，先回忆一句：电子内部有一股沿着小环绕圈的环流，这股环流会在能量海里刻下一条微弱的旋向纹路，这就是磁矩。磁石里面，有大量电子的小旋圈朝同一个方向绕，就像一大片麦穗同时被风吹倒向同一边，于是材料内部被刷出了一条非常顺的纹理通道。

铁为什么对磁石特别敏感？因为铁里的电子，有一部分磁矩本来就是半松不紧的，只要附近出现一条更顺的旋向纹路，它们就愿意被拧齐一点点。当磁石靠近时，铁里的这些小旋圈，方向会被磁石那一大片整齐的旋纹轻轻带偏，于是铁和磁石之间的能量海上，就被接出了一条连续的纹理通路。

这条通路的一端在磁石内部，另一端慢慢伸进铁里面。靠近磁石的一侧，铁和磁石的纹理对接得最多也最顺，就像两条路在这里并到了一条高速公路上；远离磁石的一侧，纹理对接得少、方向又乱，就像一堆坑洼小路。结果就是，在铁的内部和周围，被拉出了一道从路难走到路好走的纹理斜坡。

你可以想象，在同一块能量海上，有一边水流到处乱撞，是石子和漩涡；另一边水道又直又顺，像已经疏通好的航道。对于铁来说，沿着这条向磁石一侧延伸的顺畅航道滑过去，是整个系统最省力的选择。于是铁不会乖乖待在原地，而是顺着这条纹理通道一点点滑向磁石。对我们肉眼来说，就好像铁被吸了过去。

再换一个更生活化的画面。想象一阵风从草地上吹过去，草并不会自己决定要往哪边倒，但风在某个方向的阻力更小，能更轻松地把这一整片草压向那一边。铁也一样，它不会有意识地朝磁铁跑过去，而是能量海里的无数微小扰动，在纹理更顺、更好走的一侧，损耗最小，于是铁就被这些扰动一步步推向磁石。

这就是为什么，铜、木头、塑料这些材料几乎不会被磁铁吸。不是它们看不到磁铁，而是它们内部电子的磁矩方向对不上外面的那条纹理通道，就像轮胎完全卡不上轨道，给它再大的推力也挂不住，只能在原地打滑，根本进不了那条顺畅的路。铁、镍、钴这些材料，恰好磁矩比较容易被拧齐，于是就成了磁石最爱带走的对象。

现在再来看磁极。磁极并不是某种神秘的标签，而只是这条纹理通道的两个端点。一端是纹理方向主要指向材料内部的那一侧，能量海的纹理像水流一样往里扎，我们叫它南极；另一端是纹理主要从材料里冒出来再回到能量海的大环境中，像水从管口喷出去，我们叫它北极。

所以，所谓磁石吸住铁，并不是凭空生出一种额外的吸力，而是磁石先在能量海里整理出一条非常顺的纹理通道，再把铁内部那一部分愿意对齐的小旋圈一起拧到同一方向，最后让整个系统顺着这条好走的路滑向更省力的状态。被吸过去的，只是沿着纹理斜坡往下走的铁而已。

如果你把这一集的画面记住，磁学里很多看似抽象的词，都会变得直观起来。磁通是有多少条旋向纹理穿过一个区域，磁畴是一群旋圈方向大致一致的小区域，退磁就是把这些本来对齐的小旋圈重新搅乱。下一集我们会继续往下走，讲一个名字听上去很玄，其实非常具体的属性：自旋为什么不是字面意义上的旋转。

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