超導「小時代」(1)：慈母孕物理

「自然最不可理解的地方在於—它竟然是可以被理解的。」

—阿爾伯特·愛因斯坦? ? 超導「小時代」(1)：慈母孕物理

遠古神話世界是神仙的傑作。那是一個洪荒的世界，天地玄黃之中醒來一個盤古巨人，他用巨斧劈開這片混沌，清氣上浮為天，濁氣下沉為地。他自己的咆吼化作雷霆，目光變作閃電，身體成了山川河流，我們的世界從此誕生。廣袤無垠的天地之間，孕育了一位美麗的女媧元始大神，她用慈祥的母愛，以自己為樣板，捏泥甩漿，造出了這個世界最聰慧的生命—人類。無獨有偶，西方的神話世界裡也有類似地母蓋亞孕育了諸神，進而創造了天地間生命萬物的傳說。

儘管神話虛無縹緲，人類長久以來都執拗地相信神創論。當一位叫做達爾文的英國人聲稱人類是猴子變的時候，人們對此奇談怪論，非常困惑，甚至調戲他是「達爾文猴子」。

試圖去理解這個世界，這就是科學。物理學作為科學的一部分，萌芽於人類誕生伊始對自然的觀察和體驗所產生的思考。自然科學史上第一位思想家和哲學家叫泰勒斯，他不僅喜歡思考數字、萬物和神靈，也喜歡聽別人講某些神奇的事情。更重要的是，他會做筆記。泰勒斯的思考和觀察筆記，造就了古希臘最早的米利都學派，進而催生了蘇格拉底、柏拉圖、亞里士多德、阿基米德等傑出人才。

圖1：「科學和哲學之祖」泰勒斯

約在公元前6世紀的某一天，泰勒斯記載了兩個很有意思的現象：一是摩擦後的琥珀吸引輕小物體，二是磁石可以吸鐵。這是有史以來人們對自然現象的第一次完整的記載，代表著物理學史上的第一個實驗觀察記錄。也就是說，物理學最古老的一支是電磁學。但磁和電究竟從何而來，至今仍然不甚清楚。

圖2：磁鐵礦石與漢字「磁」

在中國古代，「慈石」是對磁石的形象描述。我們的祖先在記事風格上不同於古希臘人，不過於流於哲學空談，在發現磁石吸鐵現象之後發明了指南針。

電和磁現象之所以能最早被人們所認識並記載，在於我們生活的世界中電磁現象無處不存在。電閃雷鳴、地磁場對我們生活的世界至關重要。宇宙中太陽風、脈衝中子星、超新星爆發、甚至是星系碰撞，會釋放出大量高能宇宙射線。這些宇宙「飛彈」如果直接打到地球上，不止會讓太空站、飛船、飛機等儀錶失控，也會迅速破壞臭氧層並大大增強地表輻射劑量，對地球上的各種生物都是毀滅性的打擊。萬幸，地磁場可以讓大部分宇宙射線繞地球而行，部分高能粒子匯聚到地球兩極附近，形成了飄忽不定、瞬間變幻、彩色斑斕的極光。

有趣的是，不少生物體內有「內置指南針」，如鴿子，海豚、金槍魚、海龜、候鳥、蝴蝶以至某些小海藻體內都有微小的生物磁體給它們導航。人體內也有微弱的生物磁，利用現代儀器就可以測量出來。常年工作在電腦前或其它強電磁場環境下，人體內分泌系統容易造成紊亂，從而出現心情煩躁和疲勞的現象。磁場影響人體機能的原因非常複雜，至於有人認為某些「特異功能」可以製造或影響磁場，則純屬是無稽之談。

地磁場來源於地球內部靠近地核的大量高溫熔融的岩漿不斷流動，岩漿里含有磁性礦物使得地球整體呈現極化的磁性。地磁場強度其實很弱，平均強度大約0.6高斯，而人造小磁鐵的強度可達數千高斯。地磁南極位於地理北極附近，地磁北極位於地理南極附近。指南針「指南」是因為磁針的南極指向了地磁北極。地磁極和地理極並不重合，地磁軸和地球自轉軸之間有一個磁偏角。

圖3：地磁場

地磁的南北極和磁偏角並非一成不變，地磁北極每天向北移動40米，它的軌跡大致為一個橢圓形。在地球的歷史上，地磁場的南極和北極曾翻轉數次，最近的一次磁極變換是在75萬年前。

從泰勒斯第一個記錄電磁現象開始到今天，2500餘年過去了，電和磁依然是物理學家感興趣且頭疼的主題之一。儘管我們已經知曉電磁現象是微觀上的電子運動和相互作用帶來的，但電子在材料內部是如何運動，為何能夠形成如此複雜的電磁現象？電子本身又從何而來？現在仍然是我們需要思考的問題。

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