磁場的本質是什麼？
小編在編寫這期內容的時候內心是痛苦的。。。
因為只有寫完推送，才能認真備戰雙十一╮(╯_╰)╭
誰讓工作是第一位的呢~~
好的
長話短說，這一期問答開始
(*`ェ′*)
1
Q
磁場（或者說磁力）的本質是什麼？
A
小編覺得，凡是問到本質的問題，似乎都涉及到哲學。。。。
囧rz
無奈小編是物理系的學生，也只能在物理的角度去試圖回答一
下你的問題。。。。
——————————————我是華麗的分割線—————————————
讓我們跟著小編的進化之路來吧，
可能很多人和小編一下，小時候對吸鐵石很好奇，這東西咋就
能吸引東西么？而且也沒有什麼接觸，就硬生生的把鐵塊能吸
引過來。
上了初中，我們知道，物體運動狀態改變，一定是受到了力的
作用，於是，我們知道，肯定是磁鐵對鐵塊施加了力的作用。
但還是不明白為什麼沒有接觸就能有力的作用。
上了高中，物理老師告訴我們，實際上磁鐵周圍有磁場，而鐵
塊在磁場中受到力的作用，所以才能吸引過來。但我們還是不
清楚磁場到底是個啥？ （?）
上了大學，我們知道，本質上，電場和磁場都是一個被稱為電
磁場的東西，電場可以轉化成磁場，磁場也可以轉化成電場。
但我們還是不知道電磁場究竟是什麼定西？電磁場是怎麼來的。(╯︵╰)
上了研究生，學了量子場論，電磁場本身是規範場，當我們對
一個費米子場（比如電子）做一個局域的U(1)規範變換的時候，就發現如果系統要滿足規範不變性的話，就必須要耦合電磁場，這也就是帶點粒子間通過電磁場來實現相互作用的。但是這還
是不夠的，因為還存在其他的相互作用（規範場）可以和物質
耦合，那麼電磁場和其他的場有什麼關係呢？這個實際上就是
統一場論的內容了
它核心就是人們想用一個統一的場，來描寫自然界所有的相互
作用，然後呢，在低能（我們看到的世界）的情況下，電磁相
互作用和其他的相互作用分離出來。
當然，我們也還可以繼續問下去，為什麼自然界是這樣的，大
概這也是物理學前進的一個動力呢~
希望這個問題能夠被正在拿手機的你來回答。(ω)
2
Q
我有個很低級的問題，現在學生初二就開始學物理了，絕大部分同學很可能以後不會從事物理相關的工作，那對他們來說花費那麼多時間學物理有什麼用呢？
潘
A
恩，這是一個很現實的問題，小編也只能以自己觀察到的世界來回答你=。=
————————————我是華麗的分割線—————————————
小編簡單的對這些人分一分類吧~
因為你問的是：花費很多時間學物理的同學，所以分類裡面就自然不包括沒有花時間學物理的同學了。
第一類，是對這個世界懷揣著原始的好奇心的一類人，他們渴望著了解這個世界的運行的秘密，他們追求著天地之間的法則，這一類是註定要掉入物理這個「坑」中的一類人。
第二類，是想考一個好大學的理科生們。因為物理是他們的必修課。（?）
第三類，他們有一個第一類或者第二類的男神或者女神，沒有辦法，男神（或者女神）好這口，咱不學也不行。╮(╯_╰)╭
第四類，有一個嚴厲的物理老師的一類人，他們更沒有辦法，不完成作業就要被罰站了。(ーー゛)
最後再來說說有什麼用吧~~（話說這才是你的問題唉~~）
第一類人———》以後當了物理學家，名留青史。
第二類人———》考上了好大學，雖然不從事物理工作，但以後的人生也平步青雲。
第三類人———》成功俘獲男神（或者女神）的心。
第四類人———》在老師的影響下，變成了第一類或者第二類人。
這麼一看，大家的出路都還不錯呢(*^__^*)
小編也希望大家能在留言里說說自己是哪一類~~
3
Q
請問我們能不能利用磁場而懸浮在空中。
小白
A
：呱呱呱~呱呱呱~
人想懸浮的話，大概只能到一個重力比較弱的星球上才能實現呢~~
4
Q
為什麼Fe變成fe3o4就具有了磁性
TiME
A
這個問題本身有些坑爹，兩個地方需要進行簡單糾正：一是磁性的說法太泛，如果要進行比較，一定要具體到某一個可測量，比如磁導率、飽和磁化強度、剩餘磁化強度或矯頑磁場，否則最終沒有明確答案或不同的人答案可能截然相反；其次需要注意基本的邏輯，單獨談化學式和物理性能尤其是與物態關係密切的物理性能比如磁性之間的關係，好比問C硬不硬有些讓人哭笑不得，類似的，談硬不硬先要將C的認識具體到某一個物態石墨、碳粉還是金剛石，明顯物態不同性質可謂千差萬別。在這裡，Fe的物態可以是奧氏體，也可以是鐵素體，後者磁導率就比前者磁性強就好幾個數量級，不一定要氧化成尖晶石型磁鐵礦(再次提醒，不要僅僅說化學式Fe3O4)。順便提一下室溫下鐵素體磁導率約為1萬(@~1kHz)，而相同條件下尖晶石型磁鐵礦的磁導率僅約15，誰的「磁性」更強？
5
Q
如果光圍繞我們或地球轉圈會怎樣？
A
光速的值大約為3*10^8m/s，根據狹義相對論，自然界中物體運動或能量傳播的速度都不能超過光速。
如果光繞地球運動，此時的地球會如同一個黑洞，任何的信息都無法傳播出去。當然在質量如此巨大的地球上生存：表面地心引力將異常巨大，潮汐力強，人體會被撕裂。《三體》中，人類制定了「黑域計劃」：通過降低光速，使光圍繞地球旋轉，把地球附近的空間變成一個黑洞來求得安全。按照經典力學的粗略估計，光速大約只能是8km／s，在北京上海打電話，一句話得3分鐘才能接到。目前民用飛機速度約300m／s，人的肉眼依舊難以觀察到一些物理課本上非常奇幻的高速運動下的相對論效應。
6
Q
天宮二號的伴星是一直圍繞天宮轉嗎？什麼力提供向心力？
A
假如有A、B兩顆衛星，周期相同，那麼每過一個周期，兩者就會回到相同的位置上，而兩者間的相對位置也會變回原來的樣子。在A看來，B相對於它做周期性的運動。如果A、B之間距離不大，我們可以計算出軌跡近似是一個小的橢圓，如果A在這個橢圓內，我們就可以說B是圍繞著A轉了。其實，反過來說A繞著B轉也是可以的。
如果一定要以A為參考系做受力分析的話，A是一個非慣性系，那麼B的受力就應該是地球的引力加上慣性力。這個力就是使B繞A轉動的向心力了。
伴隨衛星就是這樣一個情況：它不是因為與天宮的相互吸引（這個力極其弱）而繞著天宮轉，而是伴隨天宮一起繞地球飛行，只不過這個伴隨的方式是周期性的環繞。
具體還是看圖：
7
Q
小編，接著之前的問題。假如有兩個並排的電子，以速度v運動。假如有一慣性坐標系也以速度v運動，那麼在該坐標系下應該是相對靜止的兩個電子間是斥力。若在靜止坐標系下，則電子運動產生的磁場是吸引力(相當於同向的電流)。那麼到底是吸引力還是斥力呢？
A
首先，在隨電子運動的參考系中看到兩個電子互相排斥是肯定沒有問題的，這是基於庫侖定律的直接結果，而庫侖定律已經被實驗十分精確的驗證。所以讓我們來仔細研究在「靜止系」（即電子運動系）中這個問題是怎麼樣的。首先這位同學把運動電子等效成電流，這點是沒有問題的，公式上j=ρv說明了只要有電荷移動便會電流。此後又說，電流產生的磁場是吸引力，這也沒有問題。這麼看這個問題似乎確實有矛盾，然而，兩個運動的電子之間的相互作用力除了磁場的吸引力之外，也應該考慮他們作為電子而產生電場的作用力，而電場力作為斥力要比磁場力要大得多（磁場力/電場力~(v/c)^2），從而使得兩者的合力也是斥力，與在隨電子運動的參考系中得到的結果一致。但是，如果這樣在這兩個參考系中分別去計算這兩個電子之間的作用力，會發現他們並不相等，這是因為力並不是相對論不變的。此外在一般描述電流元相互作用力中不考慮電場是因為導體（以金屬為例）中電子和金屬陽離子所產生的電場力恰好相消，而留下了較弱的磁場的效應。
8
Q
處於靜電場中的導體達到靜電平衡狀態，導體內部場強為0。這是感應電荷產生的電場與外加電場疊加的結果。但是如果將一個很小的導體，比如只有幾百納米，放置在一個強電場中，會不會發生感應電荷量不足夠多，導體無法達到靜電平衡狀態這種情況？
A
這種情況是不會發生的，利用經典電動力學，我們可以算出在外電場下導體球的表面電荷密度是正比於電場強度的。這樣我們就可以是算出極限電場，即導體球中的所有自由電荷移到一端時的電場時的外電場強度。這個電場強度是正比於導體球的半徑的，對於半徑為10nm的銅導體球，這個強度大約是10^13數量級，而原子內部的電場才10^11數量級，也就說此時原子將不復存在，所以這樣的極限電場是會瓦解導體的。另外，人類也無法達到如此大的電場。閃電內電場強度才10^4數量級，X射線管內電場可達到10^6數量級，但這都遠小於我們計算出的電場強度。總結一些，我們能製造的電場強度不會大到使導體不會達到靜電平衡的情況，即使達到了，足夠大的電場也會在那之前先將導體「撕裂」。
特别致謝物理所
J.Lu老師
THU物理系4字班
張瀟勇，秦浩然，徐集思，王震遠
同學熱心的回答！
寫下您的問題，下周五同一時間哦~
識別下方二維碼快速提問
上期也精彩
廣義相對論和狹義相對論的根本區別 |No.31
※數學家能顛覆世界？
※蝴蝶效應-大氣物理學的浪漫發現
※一大波逗逼「齒輪」來了
※廣義相對論和狹義相對論的根本區別
※量子力學與廣義相對論的矛盾是什麼
TAG:中科院物理所 |
※磁場之一：磁場基本性質！乾貨！
※地球磁場是怎樣產生的？火星的磁場為什麼會消失？
※巨蟹男特有的迷人磁場是什麼？
※一個有氣質的女人身上是有磁場的！
※人真的有「陰陽眼」嗎？科學解釋那可能只是磁場變化的結果
※難解的謎：水星上究竟有沒有磁場？如果有，那威力又如何呢？
※UFO | 地球磁極倒轉會怎樣？地球需要磁場有什麼用呢？
※「心理測試：看看你的磁場最吸引哪類異性？」
※磁場不合，說什麼都沒有卵用
※水晶的強大的磁場你真的會運用嗎！
※靈魂純凈的人，散發出來的磁場竟是這樣！
※如果地球沒有了磁場，世界將會怎麼樣？
※那麼宇宙中的磁場是如何形成的呢
※火星難以抵禦太陽風，它本身沒有磁場保護嗎？
※可以熔化金屬的磁場！這個過程讓很多理科生無法看懂
※本該受到磁場影響的鐵針，遇上火焰卻改變了物理規律
※宇宙磁場的形成是誰推動的？
※如何擁有吸引異性的強大磁場？
※如果地球沒了磁場，太陽UI變成怎樣