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“一种比地球内引力更强大的力”：磁如何将它自己锁在我们的星球内部

2024-05-28 07:54阅读：

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“一种比地球内引力更强大的力”：磁如何将它自己锁在我们的星球内部
By Frank Close
来自Alexander McNamara的贡献
published 14 hours ago
Physics & Mathematics
“随岩浆冷却来形成是今天世界的固体地壳，磁被锁定在含铁矿物中例如磁铁矿”。
“一种比地球内引力更强大的力”：磁如何将它自己锁在我们的星球内部

“今天，地球的液态核仍然是一个关于舞蹈的电流的狂热，它产生一个磁场”。
(Image credit: Shutterstock)
一个原子的图像，有群拥的电子围绕一个充满质子和中子的中心原子核，在我们的科学的直觉中就像DNA螺旋或土星环一样是标志性的。但无论我们如何多触及这些科学基础的表面，我们能走进甚至更深，聚焦着进一步和发现更多管理我们世界的力的显微镜。
理论物理学家弗兰克·克洛斯（Frank Close）在他的电荷：为什么引力统治（CHARGE: Why Does Gravity Rule? ）的书中探索管理我们世界的基本力，沿这条途径摆出试图来解释正电荷和负电荷如何微妙的平衡为引力来形成我们的宇宙铺平了道路。
在这个除外中，他解释磁这个最可触摸的基本力如何被发现、它来自哪里以及它如何得它的名的。

之内的力
磁是一种电的表现，反之亦然。电和磁从一开始被印进我们的周围环境中。50亿年前当新生的地球是一个涡旋电流的热等离子体时这些电流创造了磁场。随岩浆冷却来形成今天世界的固体地壳，磁性被锁进含铁矿物中，例如磁铁矿。
今天，地球的液态核仍然是电流的关于舞蹈的狂热，它产生一个磁场。这延伸进大气层和甚至更外，对我们的正常感官是看不见的。但在从它的在熔融核的源头扩散到上面的天空中，它首先渗透地球的地壳。这是它留下一个可触摸的印记的地方，在地球内部存在一种比引力更强大的力在工作的证据，它的影响延伸甚至更远。
一路回到最早的前寒武纪，40亿年前随地表冷却原子元素在地层中积累。这些中最稳定的铁是当今地壳中最丰富的元素之一。火成岩从火山熔岩形成。这些岩石有一个磁场的存在这样的属性，它们的铁原子就像阅兵式的士兵一样因为它们本身变得磁的。这被在流行的演示中利用，其中一个条形磁铁的磁场能被弄得看到的。

“一种比地球内引力更强大的力”：磁如何将它自己锁在我们的星球内部
磁场。一个条形磁铁在铁屑中感应磁性，揭示它的磁场从一极扩散到另一极的存在。 (Image credit: Getty Images)
首先将小铁屑散布在一个桌子表面，然后小心的将一个磁铁放在它们中。它的磁场在铁屑中感应磁性，将它们变成数千个微型磁铁。它们中的每一个都在磁场中适当得到定向它自己，揭示磁力的方向如何从一个地方到一个地方变化。
条形磁铁是一个简单的模型，说明磁地球本身发生什么。地球的南北磁极是类似于条形磁铁的磁极的，我们星球的磁场远延伸进太空。在太空中没有铁屑，但在地球上的丘陵、悬崖和山脉中有大量的铁矿石。在一些地方，偶然这些磁块是相当广泛的，就像在厄尔巴岛和小亚细亚的艾达山上，那里的大型露头岩石保留历史上被称为天然磁石的岩石中的磁印记，现名为磁铁矿。
有几千年前在古希腊中的传说，一个穿着被铁钉固定皮鞋的牧羊人字面上跨过磁铁矿当时强大的磁力抓住他鞋中的钉子绊倒了。无论是否是一位名叫马格尼斯的牧羊人发现了这块同名的岩石，如果如此是否它是在雅典北部的马格尼西亚还是在小亚细亚的艾达山上甚至是克里特岛的另一座艾达山上，这样的体验如果比故事中不那么戏剧的很可能会发生在不同的场合。
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当然，自铁器时代以来磁的力量会已经很明显。闪电是一种产生强烈的磁场并磁化铁质岩石的电流闪光。从这些来源中冶炼回收纯铁金属将已经揭示它们的磁吸引力。因此，这种现象可能已经被知道了大约3000年。就像火的发现一样，磁的发现可能在几个地方独立的发生，所有都被岩石中铁的自然磁化启发。
因为磁岩石是无处不在的。到16世纪，来自东印度和中国沿海的旅行者记录了最好的例子：“非常巨大和沉重的，[石头]将吸引或举起铁或钢中刚好它自己的重量”[Robert Norman, The Newe Attractive, 1581]。随着这种现象的了解从希腊神话传播到拉丁语再到英语，这些名字变形成“磁石（Magnes rock）”或“磁铁”。
© [Oxford University Press]
摘自 电荷：为什么引力统治？作者：Frank Close，牛津大学出版社出版，, available in hardback and eBook formats
https://www.livescience.com/physics-mathematics/a-force-more-powerful-than-gravity-within-the-earth-how-magnetism-locked-itself-inside-our-planet

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