磁铁和磁力在我们的日常生活中无处不在@@，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@@。不过@@，在大多数情况下@@，磁场只是简单地存在@@，并受到其他更强作用力的影响@@。虽然不是很起眼@@，但磁物理学中还是蕴含着一些鲜为人知的秘密@@。
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@@。
让我们来做一个思想实验@@，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@@。
磁是狭义相对论的关键@@
詹姆斯@@·麦克斯韦@@发现的电和磁之间的联系并不简单@@，他意识到@@，二者其实是同一个硬币@@——电磁学@@——的两面@@。电场的改变可以产生磁场@@，反之亦然@@。更重要的是@@，他指出光现象其实就是电和磁相互扰动时产生的@@。
麦克斯韦@@将光与电磁学@@理论进行定量联系的创举被认为是@@19世纪数学物理最伟大的成就之一@@，也深刻影响了后来的物理学家@@，其中就包括爱因斯坦@@。爱因斯坦将麦克斯韦@@的工作更进了一步@@，他意识到@@电@@、磁和运动之间存在联系@@。让我们从单个电荷及其电场开始@@，当你跑动经过它的时候会发生什么@@？
从你的角度来看@@，电荷似乎才处于运动之中@@。那么@@，运动中的电荷会做什么@@？没错@@，它们会产生磁场@@。因此@@，不仅电场和磁场是同一个硬币的两面@@@@，而且你可以通过运动的方式@@，使二者发生转换@@。这也意味着@@，不同的观察者会看到不同的景象@@：静止的观察者可能会看到一个电场@@，而更具移动性的观察者会发现由同一来源产生的磁场@@。
正是这种思路促使爱因斯坦提出了狭义相对论@@——现代科学的基石@@。对此@@，我们应该首先向磁场表达谢意@@。
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