磁场真的存在吗

磁铁和磁力在我们的日常生活中是无处不在的，磁针可以帮助我们在不熟悉的地方找到方向，而冰箱贴可以将孩子的画固定在冰箱门上。除了这些常见的例子，磁场还在宇宙中扮演着重要角色。有时候，磁场会对周围环境产生重大的影响，比如在危险的磁星环境，以及用途很广的核磁共振扫描仪。

磁场真的存在吗

真的存在。磁场是一种看不见，而又摸不着的特殊物质，它具有波粒的辐射特性。磁体周围存在磁场，磁体间的相互作用就是以磁场作为媒介的。电流、运动电荷、磁体或变化电场周围空间存在的一种特殊形态的物质。由于磁体的磁性来源于电流，电流是电荷的运动，因而概括地说，磁场是由运动电荷或电场的变化而产生的。

磁力源于运动 

带有电荷的单个粒子，尽管什么都不做，也会产生一个电场。这个电场围绕在粒子周围，会引导其他带电粒子做出相应的运动。如果附近有一个带同样电荷的粒子，那它就会被推开；如果是带相反电荷的粒子，那二者就会互相靠近。

但是，如果你让这个电荷运动起来，就会发生令人惊讶的事情：一个新的场出现了！这个奇怪的场表现出与众不同的行为方式：它不是直接指向或远离电荷，而是围绕着电荷旋转，总是垂直于电荷运动方向。更重要的是，附近的带电粒子只有在同样处于运动状态时，才能感受到这个新的场，而它感受到的作用力又是垂直于它的运动方向。

这个场也就是我们所说的磁场，它既是由运动中的电荷产生的，同时也只影响运动中的电荷。但是，冰箱贴并不会运动，它为什么有磁力呢？你的冰箱贴磁铁没有在运动，但是构成它的物质正在运动。在磁铁中，每个原子都具有一层又一层的电子，而电子是具有自旋性质的带电粒子。

自旋是一种十分深奥而且量子化的特征。为了阐述磁场，我们可以将电子想象成微小的旋转金属球（当然我们都知道，这样想象严格来说是很不准确的）。

这些电子都是运动中的电荷，而每个电子都能产生自己的微小磁场。在大多数物质中，电子具有不同的运动方向，并在宏观尺度上相互抵消；但是在磁体中，大量的电子会排列整齐，产生足以将冰箱贴粘附在冰箱上的磁场。

磁单极子可能存在

由于我们在宇宙中见到的所有磁场都是通过运动中的电荷产生的，因此，你永远无法将磁北极和磁南极分开，它们永远成对存在。如果你将一块磁铁切成两半，你会得到两快磁力变小的磁铁；它们内部的电子依然在不断运动，“自动地”产生新的磁场，重新编排北极和南极。

磁体的这种性质众所周知，以至于英国物理学家詹姆斯·麦克斯韦（James Clerk Maxwell）在他著名的麦克斯韦方程组中，直接断定“磁单极子不存在”。麦克斯韦阐述了电和磁两种现象之间的关系，并引入了电磁场的概念。多年以来，人们一直对“磁单极子不存在”的观点深信不疑，但随着我们开始观察到神奇而古怪的亚原子世界，随着科学家对量子力学的了解日益加深，磁单极子又成为物理学界重要的研究主题之一。

量子物理学的先驱之一、英国物理学家保罗·狄拉克（Paul Dirac）注意到，在磁单极子假说的数学推理中，隐藏着一些有趣的东西。

如果磁单极子存在，并且你将它与一个普通的电荷配对，那二者就会开始旋转。这种旋转实际上与距离无关；无论二者相距多远，它们都会旋转。但狄拉克知道，角动量（呈圆圈形式的动量，正如电荷和磁单极子互相旋转的情况）是量子化的——我们宇宙中的角动量是离散值。一切皆是如此，包括这一对电荷和磁单极子。

于是，狄拉克意识到，如果角动量是量子化的，那么这些粒子上的电荷也必须是量子化的。而由于这种作用与距离无关，因此如果整个宇宙中存在磁单极子的话，它就会引起电荷的量子化，这就是“狄拉克量子化条件”。物理学家的实验发现，电荷量的基本单位为基本电荷，这与磁单极子的存在相符合，但至今仍未证实磁单极子的存在。