悟空问答

这是由磁性的本质决定的。要搞清楚这个问题，首先要对磁性的起源有一些基本的认识。

首先，从历史上来看，第一个科学地解释磁铁为什么有磁性的理论应该可以算是安培的“分子电流”假说。这个理论借鉴了通电螺线管产生的磁场与条形磁铁产生的磁场一致这个物理现象。该理论认为，磁体内部都有许多带电的粒子，它们在做圆周运动。当这些粒子所做圆周运动的平面都平行且方向一致的时候，物体就像一个通电螺线管那样，因此显示出磁性。按照这个观点，条形磁铁从中间断开后，断开的部位分子电流按照右手螺旋定则产生的磁场就是相异的磁极。

当然这都是历史的观点，并不是正确的。毕竟随着实验技术水平的提升，科学家们已经可以观察到物质的分子、原子结构。我们发现所谓的“分子电流”其实并不存在，固体物质的微观机制更像是弹簧振子。不过随着量子力学和磁学的研究深入，物理学家发现“分子电流”虽然不存在，但是磁性的微观机制和安培分子电流假说是有相似之处的。这是因为固体内部虽然是由分子、原子组成，而分子、原子在其平衡位置振动。但是原子核外有绕核运动的电子，电子具有轨道磁矩和自旋磁矩。当一个物体宏观上显示磁性的时候，就是物体内部的大部分电子轨道磁矩和自旋磁矩都指向同一个方向，就形成了类似“分子电流”的机制。因此，当磁体断开时，由于轨道磁矩和自旋磁矩的方向没有发生变化，所以断裂的两端就形成了相异的磁极。在电磁学中，磁感应强度等于磁场强度乘以磁导率。而根据电磁学中的麦克斯韦方程组可以推出，磁感应强度在断裂面出垂直方向要连续，所以断裂面的磁场强度反比于该处磁导率。注意到断裂后磁导率近似变为真空磁导率，它比未断裂时的磁导率更小，因此断裂面的磁场强度在断裂后增大了。这是目前科学的解释，但是随着物理学的进一步发展，比如发现磁单极，也许会有更本质的理论来解释。