“地球内部有一种比重力更强大的力量”：磁力如何将自己锁定在我们的星球内

“当岩浆冷却形成当今世界的固体外壳时，磁性被锁定在含铁矿物中，例如磁铁矿。”

原子的图像，电子聚集在充满质子和中子的中心核周围，在我们对科学的认知中，就像 DNA 螺旋或土星环一样具有标志性。但无论我们对这些科学基础知识的表面了解多少，我们都可以走得更深入，进一步聚焦显微镜，发现更多统治我们世界的力量。

理论物理学家弗兰克·克洛斯在他的新书《电荷：为什么重力统治？》中探索了支配我们世界的基本力量，并提出了一些问题，试图解释正负能量之间的微妙平衡是如何产生的。负电荷为引力塑造我们的宇宙铺平了道路。

在这一点上，他解释了磁力这一最有形的基本力是如何被发现的、它从何而来以及它的名字是如何得名的。   

内在的力量

磁是电的一种表现形式，反之亦然。电和磁从一开始就融入到我们的周围环境中。五十亿年前，当新生的地球还是一个由旋转电流组成的热等离子体时，这些电流产生了磁场。当岩浆冷却形成当今世界的固体外壳时，磁性被锁定在含铁矿物中，例如磁铁矿。

今天，地球的液体核心仍然是一个地热电流狂潮，会产生磁场。它延伸到大气层甚至更远的地方，我们的正常感官是看不见的。但在从熔核中的源头扩散到上方的天空时，它首先渗透到地壳中。这就是它留下有形印记的地方，证明地球内部存在着一种比重力更强大的力量，其影响范围很远。

早在四十亿年前的最早的前寒武纪，随着地表冷却，原子元素在地层中积累。其中最稳定的元素是铁，它是当今地壳中最丰富的元素之一。由火山熔岩形成的火成岩。这些岩石具有这样的特性：在磁场存在的情况下，它们的铁原子就像列队的士兵一样，因为它们本身变得有磁性。这在流行的演示中得到了利用，可以使条形磁铁的磁场变得可见。

首先将小铁屑撒在桌子表面，然后小心地将磁铁放在铁屑中间。它的磁场会在铁屑中产生磁性，将它们变成数千个微型磁铁。每一个都在磁场中适当地定向，揭示了磁力方向如何随地点变化。 

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条形磁铁是一个简单的模型，说明了磁地球本身会发生什么。 地球的南北磁极类似于条形磁铁，我们星球的磁场延伸到太空深处。太空中没有铁屑，但地球上的丘陵、悬崖和山脉中却蕴藏着大量的铁矿石。在某些地方，这些磁簇偶然非常广泛，例如在小亚细亚的厄尔巴岛和艾达山，那里的大型露头在历史上称为磁石的岩石中保留了磁性印记，现在称为磁铁矿。 

有传说说，几千年前的古希腊，一位牧羊人穿着用铁钉固定的皮鞋，当强大的磁性抓住他鞋中的钉子时，他被磁铁矿绊倒了。无论一位名叫马格尼斯的牧羊人是否发现了同名岩石，如果发现了，无论它是在雅典北部的马格尼西亚，还是在小亚细亚的伊达山，甚至是克里特岛的另一座伊达山，这些经历都很有可能，如果不像故事中那么戏剧化，可能会在不同的场合发生。 

当然，磁力的力量自铁器时代以来就已经显而易见。闪电是一种电流闪光，会产生强烈的磁场并磁化含铁岩石。通过熔炼从这些来源中提取纯铁金属将揭示它们的磁性吸引力。因此，这种现象可能已经有大约 3000 年的历史了。就像火的发现一样，磁力的发现可能是在几个地方独立出现的，所有这些都受到岩石中铁的自然磁化的启发。 

因为磁性岩石无处不在。到了十六世纪，旅行者们在东印度和中国海岸记录了最好的例子：“非常巨大和沉重，[石头]会在铁或钢中吸引或举起自身的重量”[罗伯特·诺曼，纽维有吸引力，1581]。随着这种现象的知识从希腊神话传播到拉丁语，再传播到英语，这些名字演变成了“Magnes rock”或“magnet”。 

© [牛津大学出版社]

摘自 CHARGE：为什么重力起作用？作者：Frank Close，牛津大学出版社出版，提供精装本和电子书格式