磁场的本质是什么？|No.32
小编在编写这期内容的时候内心是痛苦的。。。
因为只有写完推送，才能认真备战双十一╮(╯_╰)╭
谁让工作是第一位的呢~~
好的
长话短说，这一期问答开始
(*`ェ´*)
磁场（或者说磁力）的本质是什么？
小编觉得，凡是问到本质的问题，似乎都涉及到哲学。。。。
囧rz
无奈小编是物理系的学生，也只能在物理的角度去试图回答一
下你的问题。。。。
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让我们跟着小编的进化之路来吧，
可能很多人和小编一下，小时候对吸铁石很好奇，这东西咋就
能吸引东西么？而且也没有什么接触，就硬生生的把铁块能吸
引过来。
上了初中，我们知道，物体运动状态改变，一定是受到了力的
作用，于是，我们知道，肯定是磁铁对铁块施加了力的作用。
但还是不明白为什么没有接触就能有力的作用。
上了高中，物理老师告诉我们，实际上磁铁周围有磁场，而铁
块在磁场中受到力的作用，所以才能吸引过来。但我们还是不
清楚磁场到底是个啥？ （◐ˍ◑）
上了大学，我们知道，本质上，电场和磁场都是一个被称为电
磁场的东西，电场可以转化成磁场，磁场也可以转化成电场。
但我们还是不知道电磁场究竟是什么定西？电磁场是怎么来的。(╯︵╰)
上了研究生，学了量子场论，电磁场本身是规范场，当我们对
一个费米子场（比如电子）做一个局域的U(1)规范变换的时候，就发现如果系统要满足规范不变性的话，就必须要耦合电磁场，这也就是带点粒子间通过电磁场来实现相互作用的。但是这还
是不够的，因为还存在其他的相互作用（规范场）可以和物质
耦合，那么电磁场和其他的场有什么关系呢？这个实际上就是
统一场论的内容了<(￣︶￣)>
它核心就是人们想用一个统一的场，来描写自然界所有的相互
作用，然后呢，在低能（我们看到的世界）的情况下，电磁相
互作用和其他的相互作用分离出来。
当然，我们也还可以继续问下去，为什么自然界是这样的，大
概这也是物理学前进的一个动力呢~
希望这个问题能够被正在拿手机的你来回答。(✪ω✪)
我有个很低级的问题，现在学生初二就开始学物理了，绝大部分同学很可能以后不会从事物理相关的工作，那对他们来说花费那么多时间学物理有什么用呢？
潘
A恩，这是一个很现实的问题，小编也只能以自己观察到的世界来回答你=。=
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小编简单的对这些人分一分类吧~
因为你问的是：花费很多时间学物理的同学，所以分类里面就自然不包括没有花时间学物理的同学了。
第一类，是对这个世界怀揣着原始的好奇心的一类人，他们渴望着了解这个世界的运行的秘密，他们追求着天地之间的法则，这一类是注定要掉入物理这个“坑”中的一类人。<(￣︶￣)>
第二类，是想考一个好大学的理科生们。因为物理是他们的必修课。（◐ˍ◑）
第三类，他们有一个第一类或者第二类的男神或者女神，没有办法，男神（或者女神）好这口，咱不学也不行。╮(╯_╰)╭
第四类，有一个严厉的物理老师的一类人，他们更没有办法，不完成作业就要被罚站了。(ーー゛)
最后再来说说有什么用吧~~（话说这才是你的问题唉~~）
第一类人———》以后当了物理学家，名留青史。
第二类人———》考上了好大学，虽然不从事物理工作，但以后的人生也平步青云。
第三类人———》成功俘获男神（或者女神）的心。
第四类人———》在老师的影响下，变成了第一类或者第二类人。
这么一看，大家的出路都还不错呢(*^__^*)
小编也希望大家能在留言里说说自己是哪一类~~
请问我们能不能利用磁场而悬浮在空中。
小白
A🐸：呱呱呱~呱呱呱~
人想悬浮的话，大概只能到一个重力比较弱的星球上才能实现呢~~
为什么Fe 变成fe3o4就具有了磁性
TiME
A这个问题本身有些坑爹，两个地方需要进行简单纠正：一是磁性的说法太泛，如果要进行比较，一定要具体到某一个可测量，比如磁导率、饱和磁化强度、剩余磁化强度或矫顽磁场，否则最终没有明确答案或不同的人答案可能截然相反；其次需要注意基本的逻辑，单独谈化学式和物理性能尤其是与物态关系密切的物理性能比如磁性之间的关系，好比问C硬不硬有些让人哭笑不得，类似的，谈硬不硬先要将C的认识具体到某一个物态石墨、碳粉还是金刚石，明显物态不同性质可谓千差万别。在这里，Fe的物态可以是奥氏体，也可以是铁素体，后者磁导率就比前者磁性强就好几个数量级，不一定要氧化成尖晶石型磁铁矿(再次提醒，不要仅仅说化学式Fe3O4)。顺便提一下室温下铁素体磁导率约为1万(@~1kHz)，而相同条件下尖晶石型磁铁矿的磁导率仅约15，谁的“磁性”更强？
如果光围绕我们或地球转圈会怎样？
A光速的值大约为3*10^8m/s，根据狭义相对论，自然界中物体运动或能量传播的速度都不能超过光速。
如果光绕地球运动，此时的地球会如同一个黑洞，任何的信息都无法传播出去。当然在质量如此巨大的地球上生存：表面地心引力将异常巨大，潮汐力强，人体会被撕裂。《三体》中，人类制定了“黑域计划”：通过降低光速，使光围绕地球旋转，把地球附近的空间变成一个黑洞来求得安全。按照经典力学的粗略估计，光速大约只能是8km／s，在北京上海打电话，一句话得3分钟才能接到。目前民用飞机速度约300m／s，人的肉眼依旧难以观察到一些物理课本上非常奇幻的高速运动下的相对论效应。
天宫二号的伴星是一直围绕天宫转吗？什么力提供向心力？
假如有A、B两颗卫星，周期相同，那么每过一个周期，两者就会回到相同的位置上，而两者间的相对位置也会变回原来的样子。在A看来，B相对于它做周期性的运动。如果A、B之间距离不大，我们可以计算出轨迹近似是一个小的椭圆，如果A在这个椭圆内，我们就可以说B是围绕着A转了。其实，反过来说A绕着B转也是可以的。
如果一定要以A为参考系做受力分析的话，A是一个非惯性系，那么B的受力就应该是地球的引力加上惯性力。这个力就是使B绕A转动的向心力了。
伴随卫星就是这样一个情况：它不是因为与天宫的相互吸引（这个力极其弱）而绕着天宫转，而是伴随天宫一起绕地球飞行，只不过这个伴随的方式是周期性的环绕。
具体还是看图：
小编，接着之前的问题。假如有两个并排的电子，以速度v运动。假如有一惯性坐标系也以速度v运动，那么在该坐标系下应该是相对静止的两个电子间是斥力。若在静止坐标系下，则电子运动产生的磁场是吸引力(相当于同向的电流)。那么到底是吸引力还是斥力呢？
首先，在随电子运动的参考系中看到两个电子互相排斥是肯定没有问题的，这是基于库仑定律的直接结果，而库仑定律已经被实验十分精确的验证。所以让我们来仔细研究在“静止系”（即电子运动系）中这个问题是怎么样的。首先这位同学把运动电子等效成电流，这点是没有问题的，公式上j=ρv说明了只要有电荷移动便会电流。此后又说，电流产生的磁场是吸引力，这也没有问题。这么看这个问题似乎确实有矛盾，然而，两个运动的电子之间的相互作用力除了磁场的吸引力之外，也应该考虑他们作为电子而产生电场的作用力，而电场力作为斥力要比磁场力要大得多（磁场力/电场力~(v/c)^2），从而使得两者的合力也是斥力，与在随电子运动的参考系中得到的结果一致。但是，如果这样在这两个参考系中分别去计算这两个电子之间的作用力，会发现他们并不相等，这是因为力并不是相对论不变的。此外在一般描述电流元相互作用力中不考虑电场是因为导体（以金属为例）中电子和金属阳离子所产生的电场力恰好相消，而留下了较弱的磁场的效应。
处于静电场中的导体达到静电平衡状态，导体内部场强为0。这是感应电荷产生的电场与外加电场叠加的结果。但是如果将一个很小的导体，比如只有几百纳米，放置在一个强电场中，会不会发生感应电荷量不足够多，导体无法达到静电平衡状态这种情况？
这种情况是不会发生的，利用经典电动力学，我们可以算出在外电场下导体球的表面电荷密度是正比于电场强度的。这样我们就可以是算出极限电场，即导体球中的所有自由电荷移到一端时的电场时的外电场强度。这个电场强度是正比于导体球的半径的，对于半径为10nm的铜导体球，这个强度大约是10^13数量级，而原子内部的电场才10^11数量级，也就说此时原子将不复存在，所以这样的极限电场是会瓦解导体的。另外，人类也无法达到如此大的电场。闪电内电场强度才10^4数量级，X射线管内电场可达到10^6数量级，但这都远小于我们计算出的电场强度。总结一些，我们能制造的电场强度不会大到使导体不会达到静电平衡的情况，即使达到了，足够大的电场也会在那之前先将导体“撕裂”。
特别致谢物理所
J.Lu老师
THU物理系4字班
张潇勇，秦浩然，徐集思，王震远
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