兩塊磁鐵之間產生的磁力,是靠什麼粒子來進行傳遞的?

2020-12-03 優美生態環境保衛者

相信大家對於磁鐵之間的相互作用力所表現出來的種種現象,無論是同性相斥、還是異性相吸,以及由此製造出的磁性產品的特性已經瞭然於胸,雖然表象上看來,磁鐵之間的相互作用力,特別是異性磁極之間的相互吸引,感覺與萬有引力非常相似,但是它們在本質上卻有著截然的不同。

目前,物理學界對於自然界包括整個宇宙中力的基本作用形式,已經歸納出4個基本種類,即4種基本作用力,它們分別是電磁力、強相互作用力、弱相互作用力和引力。其中電磁力是在電磁場中帶電粒子之間的相互作用,無論是摩擦力、支持力、磁力,還是光線產生的輻射壓力,本質上都是組成物體的微觀粒子間帶有不同電荷時,所產生的相互影響表現出來的作用力,由於電磁力能夠滲透到我們生活的方方面面,因此它是我們觀察和認識這個世界最重要的一種力的作用形式。

與此同時,我們在日常生活中常見的一種力的作用形式還包括引力,無論是探索宏觀天體之間的運行規律,還是微觀粒子之間都存在著引力作用,引力的大小與物體的質量成正比、與距離成反比,在4種基本作用力中引力作用效果最弱,但力程最遠,理論上可以延伸到無限的地方。

而強相互作用力和弱相互作用力則都是反映原子微觀層面力的作用形式,其中強相互作用力保障了質子和中子的結合能力,確保原子核的穩定性。在所有基本作用力中,強相互作用力的作用效果最強,但是力程最短。弱相互作用力確保了核外電子不會因與原子核的電荷屬性不同,而墜入原子核中,同時也可以調控原子核內的質子狀態,從而從另外一個方面起到了穩定原子核的功能,弱相互作用力的作用效果也很弱,不過要稍強於引力。

之所以4種基本作用力形式,科學家判斷是在4種力依託於特定的「空間場」,在不同的「空間場」中組成物體的微觀粒子發生定向運動所表現出來的影響模式。按照物理學家們構建的粒子物理標準模型,電磁力、強相互作用力和弱相互作用力所對應的基本粒子已經被發現,其中電磁力通過光子來傳遞力、強相互作用力通過膠子傳遞力、弱相互作用力通過W和Z玻色子傳遞力,只有引力特殊,至今仍然未找到「引力子」存在的確鑿證據。

磁鐵之間產生的磁力,基於由不同磁極所形成的磁場,在磁場中,我們通過麥克斯韋方程可以看出,磁場的產生來源於電流以及變化的電場。對於電磁鐵來說,是電荷的定向移動產生了電磁場,而對於永久性磁鐵來說,磁場是由於大量核外電子在圍繞原子核的運動過程中產生的一種自發性規律排列所致。從磁鐵的物質組成來看,它主要是由鐵、鈷、鎳和鐵的一些氧化物所組成,這些物質的原子結構比較特殊,本身就具有一定的磁矩,一般情況下磁區相互影響不表現出磁性,但是當把它們放到相應的磁場環境中,這些物質中的原子就會與磁場方向快速調整到一致,從而表現出較強的磁性,這些物質因此被稱為鐵磁性物質。

我們從磁場的作用形式再來看一下磁力的特徵。從某種意義上來說,磁鐵的磁性來源於電荷的定向規律性排列,也就是說磁場是由運動的電荷或者變化的電場產生而來,這也註定了磁場與電場均是在一定的空間區域內呈現連續分布的一個矢量場,由於磁場的一個無源有旋的矢量空間,因此磁場的產生沒有源頭,也沒有結尾,是一個封閉閉合的空間區域,不像電場中電勢那有可以定量表達為一個標量的函數。那麼,既然磁力依賴於電磁場,那麼電磁場就相當於是磁力作用的一種媒介空間,對應的這種媒介空間中必然要有一種媒介物質使磁力發生相應的傳遞過程。

從電磁波的傳遞來看,其依賴於光子的傳遞,所以從本質上看磁力的傳遞也必然需要光子作為媒介。之所以我們看不到這種傳遞的過程,一方面在於不同頻率的光線,其組成的光子所攜帶的能量也不相同,而且我們肉眼所見的光子只是所有電磁波中的極小一部分(可見光部分)。另一方面,電磁場傳遞磁力的媒介,經科學家們深入研究,是一種特殊類型的光子-虛光子傳遞本身所具有的動量和能量的結果,而這種虛光子傳遞能量的過程,來源於物體本身微觀粒子所具有的磁矩,一旦施加外在的磁場環境,這種磁矩作用下就會使物質的內能增加,表現出電子能級的躍遷,從而釋放出相應的輻射線,這一點也已經通過科學家們的實驗得到了證實。

但是,畢竟虛光子是量子力學對於電磁力這種「虛過程」的一種設想,我們從理論上推導出來的東西,和實際還存在著一層「窗戶紙」,要捅破這層紙,不單單是需要大量實驗的驗證,還得有量子力學與傳統物理學以及相對論等一系列物理理論基礎的深入融合發展,說不定以後會出現顛覆性或者超出常規認知水平的重大發現,這些都是未知數。

相關焦點

  • 兩塊磁鐵之間的磁力靠什麼粒子傳遞?
    磁鐵的磁力屬於靜磁力,也是電磁力的一種極限存在形式。所以說兩塊磁鐵之間是通過交換光子來實現磁力的傳遞的。看到這個結論很多同學可能會覺得不可思議,磁場要考光子傳遞力,為何我們使用兩塊磁鐵相互作用時沒有看到光線呢?
  • 兩塊磁鐵之間的磁力是靠什麼粒子來傳遞的?
    要來分析這個問題,我們首先來了解下兩塊磁鐵之間的磁力是屬於什麼力,那樣才能去了解這種力是通過什麼方式來傳播的!一、引力引力是長程力,它是中基本作用力中最小的那個,但在天體相互作用中,引力則是最普遍的作用力!
  • 兩塊磁鐵之間,相吸或相斥的磁力是靠什麼粒子來傳遞?
    兩塊相距很近的磁鐵之間,靠磁力場傳遞相互吸引或相互排斥作用的,磁力屬於電磁力,傳遞電磁力的媒介粒子是暗光子。而暗光子可分為左旋和右旋兩種,分別傳遞電磁引力或電磁斥力。並且會很快衰變為左右旋的虛光子。  從宏觀的角度來看,兩塊磁鐵雖然沒有直接接觸,但因磁鐵周圍存在磁場,它們之間是靠電磁場進行相互吸引或相互排斥作用的。
  • 磁鐵之間的磁力是通過什麼來傳遞?
    例如,讓磁鐵之間互相吸引的磁力、接觸力(包括摩擦力、彈性力)在本質上都是屬於電磁力。理論上,每種基本力都由一種基本粒子來傳遞(傳遞引力的引力子尚未被發現),以電磁力為例,它的傳遞依賴於光子。既然電磁作用會交換光子,那麼,為什麼我們看不到兩塊相互吸引的磁鐵、或者推動物體時所發出的光呢?
  • 在兩塊磁鐵之間,相互作用是靠什麼粒子來傳遞的?
    電磁相互作用的傳遞粒子是光子,但這裡不是一般的光子,而是不可直接觀測的虛光子。目前人類已發現四種相互作用,其中電磁力描述的是電荷之間的相互作用,在日常生活中,我們能接觸到的真實力,除重力外,其他的本質上都是電磁力;比如拉力、彈力、摩擦力、支撐力等等。
  • 磁鐵可以吸引鐵,它是靠什麼傳遞「吸力」的?
    強弱相互作用力作用在微觀粒子上,宏觀世界最常見的力就是引力和電磁力。除了引力,其他三種力都有傳遞相互作用的傳播子。引力很特殊,目前還沒有找到引力子,但是可以通過時空彎曲解釋引力產生的本質。平時我們看到的磁鐵可以隔空吸引鐵鎳鈷等物質。
  • 磁鐵的吸引力是一種什麼力,靠什麼媒介來傳遞?
    磁鐵的吸力是屬於電磁作用力,電磁作用力是人類迄今發現的四種作用力之一,是目前研究最透徹,日常生活中最常見的力。有人看到兩塊磁鐵能夠相互吸引,就很直觀的想起了萬有引力,認為這是引力作用,這種認識完全是錯誤的。
  • 既然電磁力是由光子傳遞,那為什麼磁鐵吸引不會發光?
    例如,讓磁鐵之間互相吸引的磁力、接觸力(包括摩擦力、彈性力)在本質上都是屬於電磁力。 理論上,每種基本力都由一種基本粒子來傳遞(傳遞引力的引力子尚未被發現),以電磁力為例,它的傳遞依賴於光子。既然電磁作用會交換光子,那麼,為什麼我們看不到兩塊相互吸引的磁鐵、或者推動物體時所發出的光呢?
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    既然引力足夠強大時能夠扭曲時空形成黑洞,那麼當磁力足夠強大時,能夠產生什麼效應呢?下面就帶大家來了解磁力。什麼是磁力?兩塊磁鐵之間相互吸引、排斥的力就是磁力。當帶電粒子自旋時,便會產生自旋磁矩,也就是產生磁場。靜止狀態下的電荷只存在靜電力,而運動狀態下的電荷既存在電場力、又存在磁力。帶電粒子之間就是通過電磁場傳遞電磁力的。如上圖所示,帶電粒子因自旋產生磁場。同種電荷相斥,異種電荷相吸。原子核帶正電,電子帶負電,原子核和電子就是依靠電磁力結合在一起的。
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  • 強磁力磁鐵小實驗
    什麼是磁鐵?磁鐵是一種很神奇的物質。它有以至於無形的力,既能把一些東西吸過來,又能把一些東西排開。在我們周圍,有很多磁鐵。比如,電機就離不開磁鐵,用電機可以開動火車,也可以做理髮用的電吹風。我們能夠聽到磁帶或唱片上的音樂,也是磁鐵的功勞。計算機用磁鐵來儲存信息。
  • 兩塊磁鐵如何以及為什麼會吸附在一起啊?
    這是因為地核(地球的中心)相當於一塊巨大而磁力微弱的磁鐵。而你手上懸掛的這一小塊磁力強大的磁鐵與其平齊,所以它會指向北方。這同樣也是指南針的工作原理所在。   同極相斥:我們可以用帶箭頭的曲線(名為磁感線)來描繪磁鐵周圍磁場的形狀。磁感線總是從磁鐵的北極出發,指向磁鐵的南極。
  • 腦洞大開的實驗,磁力最強的銣磁鐵靠近老鼠,結果出乎意料
    磁鐵是我們生活中常見的一種物質,按照用途來分有很多種類,但是磁性最強的磁鐵就是銣磁鐵了。在前面的節目中,我們也給大家介紹過銣磁鐵的威力,想要將兩塊吸附在一起的銣磁鐵分開,需要藉助專門的工具。老外們也用如磁鐵做過很多有趣的實驗:將一顆小鐵球放在一塊泡沫上,然後將泡沫放在水裡,將銣磁鐵放在一邊,泡沫會載著鐵球一起被如磁鐵吸過去。將新買的蘋果手機放在兩塊磁鐵之間,磁鐵相撞以後,手機直接報廢了。或許老外覺得只用普通的物體做實驗還不夠過癮,這一次準備用活物做實驗,養了好久的小白鼠是時候派上用場了。
  • 磁鐵之間為什麼會相互吸引和排斥,其中的科學原理是什麼?
    磁力的本質是電磁力,在磁性物質內部存在微小的磁疇,磁疇在外界磁場的作用下會把磁極統一朝著一個方向,當撤去外部磁場時部分磁性物質的磁疇無法恢復原樣,於是就對外顯現磁性,成為一塊永久磁鐵,滿足同性相斥和異性相吸的原則。
  • 磁鐵是如何吸鐵的?這些自然力你知道嗎
    相互作用力是什麼呢?這個上學的時候就有解釋過,它指的是一個物體對另一個物體施加的力,受到力的物體也會反過來給施加的物體加上一個力,理解起來也很簡單,其實就是你左手拍右手是一個道理,左手拍右手當中,左手是施力,右手便是反施力,小夥伴們也可以自己嘗試一下,當左手拍過去之後,右手會有一個反震力,這種力便是相互作用力。