小時(shí)候玩吸鐵石，看它“嗖”地吸起一串鐵釘，覺得特神奇。但你想過沒，為啥它叫“吸鐵石”不叫“吸銅石”？你拿它去吸五毛硬幣（鋁的）或一分硬幣（銅的），它理都不理。

這得從原子世界里電子的小舞蹈說起。每個(gè)原子里的電子都跟地球似的，一邊繞著原子核轉(zhuǎn)圈，一邊自己還轉(zhuǎn)著（科學(xué)家管這叫“自旋”）。

在鐵、鈷、鎳這些金屬里，電子轉(zhuǎn)得特別整齊，像廣場舞大媽動作統(tǒng)一，磁場一呼百應(yīng)；而銅和鋁的電子們各跳各的，磁場互相抵消，自然就“吸不動”了。 更逗的是普通鐵塊平時(shí)也不顯磁性，因?yàn)樗鼉?nèi)部分成許多“小團(tuán)伙”——磁疇。

每個(gè)小團(tuán)伙內(nèi)部電子步調(diào)一致，可小團(tuán)伙之間磁場方向亂糟糟的，整體上誰也沒法出頭。一旦遇到外磁場，就像聽到統(tǒng)一指令，所有小團(tuán)隊(duì)瞬間轉(zhuǎn)向，整齊劃一地對外展示磁性。

所以磁鐵不是“生產(chǎn)”磁力，而是把鐵塊內(nèi)部潛伏的磁性給“馴服”出來了。古人不明白這道理，把磁力當(dāng)神仙法術(shù)，直到19世紀(jì)才發(fā)現(xiàn)是電子運(yùn)動在撐腰。

盯著磁鐵看，它安靜得像塊普通金屬，可內(nèi)里卻在上演原子級的“團(tuán)體操”。每個(gè)電子都像自帶微型指南針，拼命想指向某個(gè)方向。但在多數(shù)材料里，這些“小磁針”互相較勁——你往東，我偏朝西，結(jié)果整體上啥磁性也顯不出來。

唯獨(dú)鐵、鈷、鎳這幾個(gè)另類，它們的電子能在微觀社區(qū)（磁疇）里達(dá)成共識，齊刷刷指向同一方。當(dāng)所有社區(qū)被外磁場說服統(tǒng)一步頭，整塊材料就變身強(qiáng)力磁鐵。這就像原本吵吵嚷嚷的合唱團(tuán)，突然被指揮家拎起來練，終于唱出了整齊的高音。

銅鋁為啥不配合？銅原子的電子全是成雙成對，自旋方向相反，磁場內(nèi)部“自掐”，根本形不成合力；鋁原子雖有“單身”電子，可它們組織能力太弱，外加磁場也帶不動，只能表現(xiàn)微弱磁性。

所以吸鐵石不吸它們，真不是偏心，而是原子內(nèi)部“人員配置”決定的。最早的天然磁鐵是磁鐵礦，古人用它做司南。

20世紀(jì)人類開始“調(diào)制”磁鐵配方，鋁鎳鈷登場，1930年代誕生，耐高溫但磁力一般，現(xiàn)在你爺爺?shù)睦鲜找魴C(jī)喇叭里可能還藏著它。

鐵氧體扛起大旗，1950年代普及，便宜又抗造，家里冰箱貼、玩具馬達(dá)全是它，別看灰撲撲像塊陶瓷，卻是全球用量最大的磁鐵。

稀土磁鐵橫空出世，1960年代釤鈷磁鐵驚艷世界，高溫下穩(wěn)如泰山，衛(wèi)星和導(dǎo)彈離不了它。1983年更狠的釹鐵硼殺出，磁力碾壓前輩，手機(jī)振動馬達(dá)、電動車電機(jī)、核磁共振儀全指著它干活，江湖人稱“磁王”。

造一塊釹鐵硼磁王可不簡單，工人得把稀土金屬釹、鐵和硼按配方熔煉成合金，粉碎成比面粉還細(xì)的磁粉。若是燒結(jié)磁鐵，就把磁粉倒進(jìn)模具，在強(qiáng)磁場下壓成毛坯，再塞進(jìn)爐子燒結(jié)：溫度得掐準(zhǔn)到880℃-1080℃，誤差大了磁性能就跳水。

最新工藝還講究“晶界擴(kuò)散”：像給磁鐵做分子級美容，在毛坯表面涂重稀土粉末，高溫下讓稀土元素沿晶界滲入內(nèi)部，形成“核殼結(jié)構(gòu)”，把磁鐵矯頑力（抗退磁能力）提上去。工程師們邊做邊嘆：“這玩意兒比做月餅麻煩多了，層數(shù)太多！”

你拿兩塊磁鐵慢慢靠近，沒碰著就感到吸力或斥力，這“隔空取物”的本事靠的是磁場傳遞?，F(xiàn)代物理說磁力本質(zhì)是電磁力，屬于宇宙四大基本力之一。兩塊磁鐵互動時(shí)，其實(shí)在瘋狂交換“虛光子”。這些光子像看不見的傳球手，在磁鐵間來回傳遞電磁力。

同極相斥？那是光子說：“你倆離遠(yuǎn)點(diǎn)！”；異極相吸？光子又喊：“靠近些才夠熱乎！” 風(fēng)力發(fā)電機(jī)里，釹鐵硼磁鐵組成核心永磁體，轉(zhuǎn)速慢時(shí)照樣發(fā)電，讓風(fēng)電成本直降。

核磁共振儀靠超導(dǎo)磁鐵產(chǎn)生強(qiáng)大磁場，人體氫原子在磁場中“排隊(duì)唱歌”，信號被捕捉成病灶圖像。

上海磁懸浮列車浮起8毫米懸空飛馳，省掉摩擦能耗；電動車永磁電機(jī)效率超95%，油車發(fā)動機(jī)看了直嘆氣。硬盤里磁頭在釹鐵硼磁片上方納米級飛舞，讀寫全靠磁矩翻轉(zhuǎn)，存下你十年自拍不打烊。

科學(xué)家還在挑戰(zhàn)極限：第四代Sm-Fe-N磁體實(shí)驗(yàn)室能量積沖上新高，用更少稀土造更強(qiáng)磁鐵；智能材料讓磁性能隨溫度壓力“隨機(jī)應(yīng)變”；自旋電子學(xué)試圖用磁子代替電子傳數(shù)據(jù)，電腦功耗有望砍半。

從司南到人造太陽計(jì)劃，人類對磁的癡迷已燃燒兩千年。一塊磁鐵看似樸實(shí)無華，卻是量子世界與宏觀現(xiàn)實(shí)的奇妙交匯點(diǎn)。聊到這，下次接著聊。