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2015-12-23 04:33 科学网 罗会仟博客 （收藏有删减）
“自然最不可理解的地方在于—它竟然是可以被理解的。” —阿尔伯特·爱因斯坦 远古神话世界是神仙的杰作。那是一个洪荒的世界，天地玄黄之中醒来一个盘古巨人，他用巨斧劈开这片混沌，清气上浮为天，浊气下沉为地。他自己的咆吼化作雷霆，目光变作闪电，身体成了山川河流，我们的世界从此诞生。广袤无垠的天地之间，孕育了一位美丽的女娲元始大神，她用慈祥的母爱，以自己为样板，捏泥甩浆，造出了这个世界最聪慧的生命—人类。无独有偶，西方的神话世界里也有类似地母盖亚孕育了诸神，进而创造了天地间生命万物的传说。 尽管神话虚无缥缈，人类长久以来都执拗地相信神创论。当一位叫做达尔文的英国人声称人类是猴子变的时候，人们对此奇谈怪论，非常困惑，甚至调戏他是“达尔文猴子”。 试图去理解这个世界，这就是科学。物理学作为科学的一部分，萌芽于人类诞生伊始对自然的观察和体验所产生的思考。自然科学史上第一位思想家和哲学家叫泰勒斯，他不仅喜欢思考数字、万物和神灵，也喜欢听别人讲某些神奇的事情。更重要的是，他会做笔记。泰勒斯的思考和观察笔记，造就了古希腊最早的米利都学派，进而催生了苏格拉底、柏拉图、亚里士多德、阿基米德等杰出人才。
图1：“科学和哲学之祖”泰勒斯 约在公元前6世纪的某一天，泰勒斯记载了两个很有意思的现象：一是摩擦后的琥珀吸引轻小物体，二是磁石可以吸铁。这是有史以来人们对自然现象的第一次完整的记载，代表着物理学史上的第一个实验观察记录。也就是说，物理学最古老的一支是电磁学。但磁和电究竟从何而来，至今仍然不甚清楚。
图2：磁铁矿石与汉字“磁” 在中国古代，“慈石”是对磁石的形象描述。我们的祖先在记事风格上不同于古希腊人，不过于流于哲学空谈，在发现磁石吸铁现象之后发明了指南针。 电和磁现象之所以能最早被人们所认识并记载，在于我们生活的世界中电磁现象无处不存在。电闪雷鸣、地磁场对我们生活的世界至关重要。宇宙中太阳风、脉冲中子星、超新星爆发、甚至是星系碰撞，会释放出大量高能宇宙射线。这些宇宙“飞弹”如果直接打到地球上，不止会让太空站、飞船、飞机等仪表失控，也会迅速破坏臭氧层并大大增强地表辐射剂量，对地球上的各种生物都是毁灭性的打击。万幸，地磁场可以让大部分宇宙射线绕地球而行，部分高能粒子汇聚到地球两极附近，形成了飘忽不定、瞬间变幻、彩色斑斓的极光。 有趣的是，不少生物体内有“内置指南针”，如鸽子，海豚、金枪鱼、海龟、候鸟、蝴蝶以至某些小海藻体内都有微小的生物磁体给它们导航。人体内也有微弱的生物磁，利用现代仪器就可以测量出来。常年工作在电脑前或其它强电磁场环境下，人体内分泌系统容易造成紊乱，从而出现心情烦躁和疲劳的现象。磁场影响人体机能的原因非常复杂，至于有人认为某些“特异功能”可以制造或影响磁场，则纯属是无稽之谈。 地磁场来源于地球内部靠近地核的大量高温熔融的岩浆不断流动，岩浆里含有磁性矿物使得地球整体呈现极化的磁性。地磁场强度其实很弱，平均强度大约0.6高斯，而人造小磁铁的强度可达数千高斯。地磁南极位于地理北极附近，地磁北极位于地理南极附近。指南针“指南”是因为磁针的南极指向了地磁北极。地磁极和地理极并不重合，地磁轴和地球自转轴之间有一个磁偏角。
图3：地磁场 地磁的南北极和磁偏角并非一成不变，地磁北极每天向北移动40米，它的轨迹大致为一个椭圆形。在地球的历史上，地磁场的南极和北极曾翻转数次，最近的一次磁极变换是在75万年前。 从泰勒斯第一个记录电磁现象开始到今天，2500余年过去了，电和磁依然是物理学家感兴趣且头疼的主题之一。尽管我们已经知晓电磁现象是微观上的电子运动和相互作用带来的，但电子在材料内部是如何运动，为何能够形成如此复杂的电磁现象？电子本身又从何而来？现在仍然是我们需要思考的问题。 |
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