磁铁为什么能吸铁

如果搞清了“磁铁吸铁”的微观机制，那么，就等于找到了动力学的“统一方程组”。

不过请牢记：磁铁与磁铁之间必须遵循一个重大法则：同极相斥，异极相吸 (Like repel and unlike attract)。

磁铁吸铁的深层机制，目前没有合格的解释方案。

得从“质子·电子·量子”三大基元粒子(简称三基元)说起。

这里的量子，是“场量子·光量子·引力子”的统称，量子是空间(真空场)的基本单元。

为简化起见，本文的这三种量子不作区别。

根据电子湮灭方程规定：量子质量≡电子质量(m₀)，量子引力势能≡电子惯性势能(m₀c²)。

磁性，源于基元粒子的光速自旋根据粒子物理学常识，量子既是构成空间的基本单元，也是构造实体的基元物质。

根据电子湮灭反应：电子是光子急遽收缩的产物，光子是电子急遽膨胀的产物。

▲图2. 三基元粒子的“陀螺自旋体”模型磁性的微观机制本文把“三基元”看成“陀螺自旋体”模型，简称“基元陀螺”，见上面的图2。

基元陀螺皆以光速自旋，形成南北极。

顶部有凹面锥的叫北极。

底部有凸面锥的叫南极。

从上往下看，陀螺顺时针旋转，凹面锥的底部将灌入量子反d出去，形成正压强。

从下往上看，陀螺逆时针旋转，凸面锥的顶部将空间量子分野开来，形成负压强。

于是，陀螺南北极附近就有了“负压差”，表现为“引力场”，或磁偶极矩，也叫磁性。

换言之，磁偶极矩即磁性，磁性来自南北极，磁单极子不存在，磁性来自负压差。

▲电子·质子·光子，三大基元粒子，可以共用同一种“陀螺自旋体”模型。

电扇如同自旋体，电扇自旋有磁性：正面有正压，负面有负压。

大家皆可琢磨这个实验。

台风如同自旋体，台风自旋有磁性：顶面有正压，底面有负压，故有龙吸水与拔大树。

▲电扇旋转叶片，正面看上去是顺时针旋转的凹面锥，背面看上去是逆时针旋转的凸面锥。

螺旋桨如自旋体，螺旋桨也有磁性：后面有正压，前面有负压，飞机吸上天、轮船吸向前。

电子自旋有磁性，顶部凹锥有正压，底部凸锥有负压，电子因有负压差，电子才有真空场。

质子自旋有磁性，顶部凹锥有正压，底部凸锥有负压，质子因有负压差，质子才有真空场。

光子自旋有磁性，继承电子自旋体。

光子必有真空场。

光子必有引力场，光子才是场量子。

▲场，或电场、磁场、电磁场、引力场，都是场物质(即真空介质)，其基本单元叫场量子。

光子作为空间真空场的基本单元(或计算单元)，具有广义磁性，所以才有吸收光谱。

质子含有正电子，电子与质子耦合，正负电荷相互切割磁力线，产生洛伦兹力与电磁场。

电子绕旋原子核，电子从近核点进动到远核点进动，激发多频场量子，故有多频原子光谱。

电子磁力或场引力：F₀=m₀c²/r₀...(1)，电子固有引力势能：E₀=F₀r₀=m₀c²...(2)质子磁力或场引力：F*=m*c²/r*...(3)，质子固有引力势能：E*=F*r*=m*c²...(4)光子磁力或场引力：F₀'=m₀c²/r₀'...(5)， 光子固有引力势能：E₀'=m₀'c²=hc/λ₀...(6)为什么“同极相斥·异极相吸”？两个磁铁北极相遇会排斥(N斥N)，是因为北极有抵触的正压强，好比两电扇迎接有斥力。

两个磁铁南极相遇会排斥(S斥S)，是因为南极有向背的负压强，好比两电扇背靠有斥力。

两个磁铁异极相遇会吸引(N吸S)，是因为北极正压向与南极负压向相同，一推一拉很默契。

电子与质子好比两个磁铁，中子≈质子+电子。

质子携带1个正电子(e⁺)。

正电子的真谛是：通常，电子(e⁻)，围绕核电荷(Ze⁺)，总是南北极相向分布。

故这个世界几乎只有负电子。

但是，若电子投入反向磁场，南北极轴就可能颠倒过来表现为正电子。

其实还是那个电子。

狄拉克过度类比镜像对称，预言反电子，安德森云室实验“证实”反电子，都是阴差阳错。

其实，自然界不存在宇称对称(即轴对称或镜像对称)：反物质不存在，反轴向分布可以有。

反电子不存在，而正电子可以有。

反质子不存在，而负质子可以有。

反中子是天方夜谭。

强力的定义：基元粒子固有强磁力F=mc²/r，简称强力。

电子/质子强力如方程(1)/(2)。

就全自洽与可释然的物理逻辑而言，强力是各种力的总根源，可是如何解释这些问题：为什么电子不易坠入原子核？为什么会有核子或分子之间的引斥力？为什么水星不会坠入太阳？强力是怎么弱化为极弱的万有引力呢？有两个大逻辑，可以归入物理公理集：第一法则：独立自由的排它法则，粒子必须确保有足够光速自旋简并压与转动惯量不均衡导致的进动自由空间，以抵制外来碰撞而保持固有的内空间。

基元体积不可再压缩，固有光速自旋不可轻易被破坏。

这也说明，电子与质子极其稳定，极不轻易被缩小，极不轻易被解体。

第二法则：同斥异吸的节约法则。

同斥异吸，即同极相斥异极相吸。

节约法则，也叫最小作用量原理，是自然界的普适规律。

1个或2个(或n个)自旋体，构成一个系统。

该系统保持最低能态，没有多余，此称节约法则。

电子与质子构成原子，虽然各自强力很大，但由于相互吸引，原子势能反而<<各自势能和。

质子与质子构成原子核，由于两个质子之间的同斥异吸效应，原子核势能<<各自势能和。

这就是电磁力<<强力，万有引力<<电磁力、弱力(中子内电磁力)<<强力的原因所在。

可以推出：电弱力与强力统一方程：F₁=ke²/R²=K₁(m₀c²/R+m*c²/R)，即：F₁=ke²/R²=K₁c²(m₀+m*)/R...(1)式(1)，K₁是电磁力对强力的节约系数，简称“电强系数”，R是电荷的引力场半径。

有：K₁=ke²/c²(m₀+m*)R...(2)，也可推出，万有引力与强力统一方程：F₂=Gm₁m₂/R²=K₂c²(m₁+m₂)/R...(3)式(2)，K₂是万有引力对强力的节约系数，简称“引强系数”，R是实体引力场半径，有：K₂=Gm₁m₂/c²(m₁+m₂)R...(4)可见，万有引力既适合宏观天体，也适合微观大粒子，如原子、分子，但不适合亚原子。

参与零和博弈的敌对势力构成的系统，总能量<<各自能量之和。

有如两虎相争两败俱伤。

参与双赢博弈的联合势力构成的系统，总能量<<各自能量之和。

有如社会节约劳动原理。

即使是同性恋，也是因为个性基因之遗传变异，本质上还是遵从雌雄相吸的自然法则。

为什么“磁铁只吸铁钴镍”？显然，三基元陀螺自旋体的负压差，决定了它们真空引力场，具有普遍吸引的磁性。

对于多粒子的实体，表现为万有引力。

而且，磁铁是实体，当然有真空引力场，表现出很弱的万有引力之共性。

但是，磁铁另有强磁性，完全覆盖了原有的万有引力。

尤其钕铁硼是普通磁力的800倍。

磁铁，不仅吸铁(⁵⁶₂₆Fe)，还可以吸钴(⁵⁷₂₇Co)与镍(⁵⁸₂₈Ni)，这是因为它们原子结构极相似。

不妨把铁钴镍及同位素统称“类铁元素”。

不排除磁铁对25号锰元素(⁵⁵₂₅Mn)有一定磁性。

钕铁硼是基于Nd2Fe14B化合物的永磁铁。

钕Nd，可用部分镝Dy镨Pr其他稀土替代，铁可用部分钴Co铝Al替代，硼用来形成四方晶体金属间化合物，具有高饱和磁化强度，高的单轴各向异性和高的居里温度。

就宏观而言，质子数是强力的标志。

铁磁性是因为铁原子质子的占有数与占比数之“双占指标”尤其突出。

观察以下元素的双占指标：钒⁵¹₂₃V=45.1%，铬⁵²₂₄Cr=46.2%，锰⁵⁵₂₅Mn=45.5%，铁⁵⁶₂₆Fe=46.4%，钴⁵⁷₂₇Co=47.4%，镍⁵⁸₂₈Ni=48.3%。

可见，铁钴镍的双占指标最为接近，它们各自南北极的磁性，具有更好的匹配性。

因此磁铁对铁钴镍具有显著的强磁性。

就微观而言，类铁原子核子南北极排列的有序性最好，其节约效应最小。

表现出强磁性。

地球是个大磁铁，地核全是铁，铁元素占比最大，其次才是氧元素。

地磁性与铁磁性的解释方案，是一样一样的。

结语1. 万物有磁性，与万有引力是一个意思，其根源是电子·质子·光子，这三基元粒子，都是光速自旋体，都有南北极与负压差，导致真空引力场。

2. 强力是万有磁性的总根源。

同斥异吸法则，导致多粒子系统有最低能态效应，极大弱化了强力叠加性。

3. 磁铁的显著磁性，是由于类铁原子所含质子数占有量与占比值很接近而匹配，使得核子南北极排列有最好的有序分布。

Stop here。

物理新视野与您共商物理前沿与中英双语有关的疑难问题。

就目前来看，在自然界中，一切力的作用归根结底无外乎只有四种——引力、电磁力、强核力以及弱核力。

磁铁能够吸铁，这是电磁力在起作用。

那么，磁铁和铁之间为什么可以产生电磁力呢？这个问题需要从微观角度来阐述。

原子的组成有两部分，一部分是带正电荷的原子核，还有一部分是原子核外围带负电的电子。

电子自旋会产生自旋磁矩，从而产生磁场。

另一方面，原子核外的电子在轨道上运动还会产生轨道磁矩，这也会产生磁场。

此外，原子核的自旋也有自旋磁矩，同样也能产生磁场。

原子中的各种磁矩结合在一起产生一个总的原子磁矩，而原子磁矩的有序度决定了物质是否具有磁性。

如果原子中的磁矩互相叠加，原子磁矩有序度高，这样就会产生一个磁场，从而使物质具有磁性。

这样的物质就是我们所说的磁铁，最常见的磁铁主要是由四氧化三铁组成。

另一方面，如果原子中的磁矩互相抵消，原子磁矩无序排列，这样无法产生磁场，物质也就没有磁性。

在磁铁产生的磁场的作用下，铁的原子磁矩排列会从混乱变成有序，从而被磁化，并产生磁场。

这样磁铁和铁之间就能产生电磁力，所以磁铁可以吸铁。

而对于磁铁无法吸引的其他物质，它们的原子磁矩在磁场作用下不会从混乱变成有序，这样就无法产生磁场，所以它们无法与磁铁通过电磁力而吸引在一起。