来源：头条@猫先生内涵科普
同学们，如果我们把两块石头靠近放在一起，它们会自动吸引靠近而不分开吗？
同学们，我们再把两个鸡蛋靠近放在一起，它们会自动吸引靠近而不分开吗？
都不会！
当你拿出的是两块磁铁，见证奇迹的时刻就不请自来了！无论多少次，它们都会自动靠近并吸引到一起。
磁铁的相互吸引示意图
这到底是为什么呢？
电磁同源——麦克斯韦我们先回答上面的问题，很简单，在磁性物体的四周，存在着肉眼难以看见的磁场。两块磁铁靠近后，能够互相吸引靠近，正是因为磁场的作用，使得物质可以奇迹般的长距离相互吸引。
那么真正的问题来了，磁场是从哪里来的呢？这个问题可不简单！
科学史上，有着流传已久的这么一个排名“一牛二爱三麦”。
其中，牛顿和爱因斯坦的大名，同学们听到基本就得跪了；而这个“三麦”，他就是同样鼎鼎大名的麦克斯韦。
麦克斯韦
麦克斯韦同学，全名是詹姆斯·克拉克·麦克斯韦。他是英国物理学家以及数学家，同时也是经典电动力学的创始人，统计物理学的奠基人。正是麦克斯韦以一人之力，把电和磁一举拿下，梳理得妥妥帖帖，完成了经典物理的第一次大统一。1873年出版的《论电和磁》，被世人尊为继牛顿《自然哲学的数学原理》之后的一部最重要的物理学经典。
简单的说，没有麦克斯韦，就没有电磁学，也就没有现代电工学，然后也就不太可能有现代文明，至于你现在这样悠闲的用手机看这篇文字，当然也不太可能了。
同学们膜拜完先贤后，暂时把崇敬的心情整理一下，我们继续科普。
有电就会有磁，如果没有，请加大电流麦克斯韦最大的贡献就是告诉我们，磁和电的本质上是同一回事。正如爱因斯坦告诉我们，质量和能量，时间与空间之间也是一回事。这是物理学历史上第一次统一。电和磁之间，它们能够相互转换；实际上，磁场本质上是由电场转化来的。
指南针示意图
在日常生活中，很多这种现象在带电物体开始运动时产生。举个简单的例子，我们把电线联通，闭合电路中流动的电子流，将会使靠近它的指南针自行转动——闭合电路的磁场诞生了。同样的，这个原理可以解释，我们现在身处的地球，正是由于地球外地核内的电流移动，而产生了地磁场。
地磁场示意图
所以，磁铜和磁铝有何难求？凡是能导电的金属，插上电源，让其导电，就可以拥有磁性。如果磁性不够强，请加大电流！
这就是电磁铁的由来。
微观粒子世界的电与磁同学们看到这里，不禁还会提出一个疑问，磁棒或者指南针本身，在其中没有电流通过时，仅仅是一块金属，但它们同样拥有磁性；而金、银、铜等，也是金属啊，为什么就没见过它们自身天然带有磁性呢，这中间的奥秘到底是怎样的呢？
磁铁的磁效应
事实上，这个问题，已经超出了经典物理的范畴，我们要用到一些量子力学中的知识点了，不过同学们放心，本人承诺，绝不首先使用数学公式！
二十世纪二十年代，科学家们已经大体上知道电子和质子的存在了。从微观上看，大量的电子在组成物质的原子以及分子周围旋转，任何常见物体的磁性，都受各种效应组合的影响，这些效应源于微观粒子、原子以及原子团的集合。
首先，我们先把问题简单化一点，先来看单个的粒子。在量子力学效应中，像电子和夸克这样的粒子有质量和电荷等基本特性，而这些并不是磁性的来源。大多数微观粒子，存在有一种特性——“微磁”——也可以称之为“内禀磁矩”。
微观电子示意图
一般科学界认为，带电粒子都拥有微磁性。回归到麦克斯韦的电磁统一理论，微观世界也遵守着这个规律。
元素周期表的秘密在原子层面上，一个原子就是一群带正电荷的质子，质子周围有一群带负电的电子绕其旋转。电子和质子本身都具有“内禀磁矩”，也就是微磁。根据精确的测量，我们得知，质子的微磁比电子的微磁弱了近千倍，所以，原子核对于整个原子的磁性来说，几乎没有影响。要理清头绪，我们要把目光聚焦到电子身上。
大部分的物质，除了极少数的例外，本身许多电子也在运动，就像电线中的电流，那这种运动就应该会产生磁场，我们称之为“轨道”磁场。但这种磁场在原子磁场的形成中通常不起作用。
磁轨道示意图
原因如下，量子力学可以准确而复杂的描述原子中的电子。电子聚集在原子核周围的电子层中，任何满电子层内的电子，通常会均等的向各个方向运动，因此它们产生的电流相互抵消。而且，在满电子层结构中，电子将会成对出现，它们的微磁方向相反，也将相互抵消。简单的说，满电子层结构的原子，将不会向外表现出磁性。
在半满的电子层里，所有电子都不配对，它们的微磁场方向相同，并相互叠加；这揭示出一个深刻的奥秘——只有具备半满的外层电子层结构的元素，它们形成的原子才具有磁性。
我们只要拿出元素周期表，就会惊喜的发现，原来一切都是安排好的！
磁性元素周期表，蓝色是反铁磁；黄色是铁磁；红色是顺磁；浅蓝是抗磁；只有铁磁在常温下表现出磁性。
元素周期表主族元素和过渡元素区的边缘附近，有全满（或几乎全满）的外电子层的原子，例如非金属元素、金、银、铜等等，它们几乎没什么磁性。
各分区中部位置的原子有半满的外层电子层，这些区域内的元素，比如镍、钴、铁、锰、铬等等。它们很可能有磁性。
所以说，物体具备天然磁性的基础，必须具备半满的外层电子层结构。
最后一个不能忽略的条件有认真的同学在这时候会发现一个重大的问题，我们刚刚举的例子当中——具备原子磁性的铬——作为金属铬存在时，并没有磁性，而且，铬是已知的最反磁性的物质之一！
别慌，磁性作为自然界中奇迹般的存在，当然没有那么简单，查查元素周期表就全中了；实际上，一个原子有磁性，并不意味着，许多该种原子组成的物质也有磁性。
原子的排列是物质磁性的一个重要因素
这时候，我们又得转到晶体层面来分析问题了。当一群磁性原子组成固体时，通常有两种情况：
一、所有原子顺顺当当的，按照其磁场方向，同方向的排成一列；这时候，物质层面表现出磁性。
二、原子组合采用的是，按照磁场正负交替的顺序，犬牙交错的排成一列；这时候，磁性被相互抵消，物质层面表现出反磁性。
原子通常会选择二者中耗能少的方式，进行最后的结晶成型。而按照这个原则，经过层层筛选，具备天然磁性的幸运儿，在自然界中真不多，只有镍、钴、铁等聊聊几种而已。
结语磁性是基本量子特性，放大到常见物体上，每个永磁体都暗示我们，量子力学是我们宇宙的基础。
微观粒子示意图
为了使物质有磁性，它必须有统一的磁域，而每个磁域由无数个磁性原子组成，磁性原子需要排成整齐的一列。而每个原子有磁性的前提是，原子有大约半满的外电子层，从而使其固有磁场能排成一列而不相互抵消。
在自然界中，这些标准很难同时达到，这也是为什么一般只有磁铁，而没有磁铜或者磁铝的原因。
但必要的时候，你可以选择给任何一个导电体通电，来产生磁场。
如果同学们还想进一步了解，电子为何自带电荷？以及自身微磁属性的本质？很遗憾，量子力学在这个层面上，目前是全瞎。我当然也没有答案了。
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