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  • 1 # 科技領航人

    光的路徑不受磁場的影響,因為光子(光粒子)不產生任何電荷。

    拿起磁鐵,去你的視窗。確保在一天中,當Sunny以唯美的角度落到地板上時,現在,把你的磁鐵放置在視窗,等光線穿過窗戶。

    觀察Sunny的路徑,它因為磁鐵而有任何變化嗎?你注意到它的角度有變化嗎?也許有輕微的傾斜?事實上,磁鐵絲毫不影響光的路徑。有些人可能會爭辯這一點,即指出光是電磁波。在這種情況下,磁鐵不能吸引或排斥它嗎?這難道不是應該的嗎?事實上,沒有。依據物理定律,這不符合磁鐵的工作原理。

    圖注:光的路徑不受磁鐵的影響磁鐵是如何工作的?

    磁鐵能夠吸引或排斥任何帶電物體。磁力是物體原子構成的直接結果。已知宇宙中的所有物體都由原子組成,原子由電子、質子和中子組成。電子和質子分別具有負電荷和正電荷,而中子則保持電中性。質子和中子停留在原子的中心並形成原子核,而電子則圍繞這個原子核運動。這些電子的自旋產生電流,使這些“小傢伙”變成微小的磁鐵。

    圖注:電子在一個方向上的自旋把物體變成磁鐵

    通常,大多數物質正反方向旋轉的電子數量相等,因此彼此抵消,因此大多數物質不表現出磁性。然而,在鐵等物質中,大多數電子都朝同一方向旋轉,從而給它一個淨電荷。這些朝同一方向旋轉的電子產生力磁場,即金屬周圍的磁場,在這個區域中,磁性物體將會受到磁體的吸引力或排斥力。此磁場使物體中的電子對準其自旋運動,從而使物體具有磁性。但是,並非所有物體在磁場影響下都會被磁化。

    圖注:磁場附近的任何帶電粒子都受到它的影響磁鐵型別

    最常見的磁力型別是磁,其中物體在任何時候都表現出弱排斥。其他型別包括副磁性,其中物體只有在與磁鐵接觸時才會被磁化,但一旦磁體被帶走,就會失去磁力。還有第三種物體,即鐵磁體,具有永久磁化的特徵能力。在室溫下,週期表中只有三個元素是鐵磁性的:鐵(Fe)、鎳(Ni)和鈷(Co)。所以,當我們談論磁鐵時,我們通常談論的是鐵磁性物質。這些物質產生強磁場,並在很大程度上影響磁場範圍內任何磁性物質的行為。

    圖注:鐵製成的典型永磁體磁場

    那麼,磁場究竟是什麼?有兩種思想流派解釋了這個概念。經典科學理論認為,磁場本質上是磁物體周圍的能量雲,它吸引或排斥其他磁性物體。然而,根據量子力學這個更為複雜和難以理解的理論,電子釋放出無法探測到的虛擬粒子,這些粒子發出訊號,表明其他物體離它們更近或遠離它們。我們還沒有具體的理論來解釋為什麼電子會這樣做,但經驗證據表明,這只是我們生活的宇宙的一個特徵。

    圖注:磁鐵中的電子發射不可探測的虛擬粒子,它發出訊號讓物體靠近或離開。

    現在我們知道磁鐵是如何工作的,是時候解決手頭的問題了。為什麼光的路徑,電磁波,不受強磁場的磁影響?

    為什麼磁鐵不能彎曲光?

    正如我們已經理解的,磁場是電子向一個方向旋轉的結果。這些反過來影響附近的其他電子的自旋,並導致它們被磁化。基本上,電子影響其他電子,導致我們觀察到的磁鐵的吸引力或排斥。在光線的情況下,我們所必須處理的只是光子。光子是無電荷的粒子,因此不受電子影響,因此不受磁鐵干擾。

    圖注:光中的光子不帶電荷,不受電子影響

    等一下,光不是電磁波嗎?是的,光是電磁的,但它只是意味著它擁有一個電場和磁場,它不一定會扭曲其他磁場。從數學上講,如果一個區域有多個電場和磁場,它們都只是簡單地加在一起。例如,你桌子上的一個蘋果不受同一張桌子上放一個橘子的影響,同樣的原則也適用於電磁場。

    德爾布呂克散射

    雖然上述解釋在物理學的經典理論中行之有效,但當我們深入到量子領域時,我們看到了更怪異和奇妙的東西。量子理論表明,事實上,磁場對光子的影響幾乎無法察覺。在一些非常特殊的條件下,光子可以分裂成電子和正電子對。這種現象叫做德爾布呂克散射。這些電子在技術上可能受磁場的影響,但這種現象從未被實驗觀察到,只是作為數學證據存在。

    圖注:光子可以分解成電子和正電子對

    因此,雖然在某些非常特殊條件下,磁鐵可能會對光產生輕微的影響,但在日常生活中和現實世界的條件下,光不會受到磁鐵的影響!

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