曹则贤｜电磁学/电动力学：现象、技术与思想（上）｜中国科学院2023跨年科学演讲(16)

真正的磁铁是什么样子呢？天然长的磁铁是这样的，从外形大概就能猜出来它一定是属于立方晶系的东西，它是怎么样的原子排列呢？实际上是说中间一个铁原子，旁边有可能是按正八面体排的六个氧原子，或者中间一个铁原子，旁边按照正四面体形式排四个氧原子，也就是中学所学的铁有两种价态，一种三价的，一种二价的。我再提醒大家一句，所谓的化学键说法纯粹是一个简略的、蒙小孩的一种说法，大家小时候学学就行了。真正应该看到的是什么呢？要看到这东西里面原子是怎么排列的，最重要是学到什么程度，学到看矿物外形就能够猜出来它的原子怎么排列的。磁铁是什么东西呢？磁铁是四氧化三铁或者把它写成铁一铁二氧四，这里是它简单的几何重复单元构成大的固体物理学单胞。

磁铁到底是怎么带磁的呢？这可不容易理解。我们既要计算原子实本身的磁矩，还要计算共享电子的电子结构，将来才能勉强编出来一个理由说这个东西为什么有磁性。但是不管怎么着，大自然给我们的馈赠就是这个世界里有现成的磁性物质，铁、镍、锰，最重要的地球本身是一个大的磁铁，这就引导了我们慢慢的注意到一些磁的现象。有些地方产磁你自然而然就会注意到，比如中国河北省靠近河南的地方，原来属于河南，有一个地方叫做磁州，现在叫磁县，那个地方出一些富含铁、锰这样的矿石，所以能够感觉到那个地方的石头能够把铁连到一起，古时候称之为慈石。发现慈石能吸引铁片，而对一个瓦片就不行，说明什么？说明我们老祖宗最早也是注意到磁的现象的。