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1. 謎題重重的地磁場

　　地球是一個天然的大磁體，無論在陸地、海洋，還是天空，都能夠感受到地磁場的存在。我國古人很早以前就對地磁現象有所認識，中國古代四大發明之一的指南針，就是利用磁針在地磁場中的指極性製成的。

　　歷史上，第一個提出地磁場理論概念的是英國人吉爾伯特。他在1600年提出一種論點，認為地球自身就是一個巨大的磁體，它的兩極和地理兩極相重合。這一理論確立了地磁場與地球的關係，指出地磁場的起因不應該在地球之外，而應在地球內部。

　　1893年，數學家高斯在他的著作《地磁力的絕對強度》中，從地磁成因於地球內部這一假設出發，創立了描繪地磁場的數學方法，從而使地磁場的測量和起源研究都可以用數學理論來表示。但這僅僅是一種形式上的理論，並沒有從本質上闡明地磁場的起源。

現在科學家們已基本掌握了地磁場的分佈與變化規律，但是，對於地磁場的起源問題，學術界卻一直沒有找到一個令人滿意的答案。

　　目前，關於地磁場起源的假說歸納起來可分為兩大類，第一類假說是以現有的物理學理論為依據；第二類假說則獨闢蹊徑，認為對於地球這樣一個宇宙物體，存在著不同於現有已知理論的特殊規律。

　　屬於第一類假說的有旋轉電荷假說。它假定地球上存在著等量的異性電荷，一種分佈在地球內部，另一種分佈在地球表面，電荷隨地球旋轉，因而產生了磁場。這一假說能夠很自然地通過電與磁的關係解釋地磁場的成因。但是，這個假說卻有一個致命缺點，首先它不能解釋地球內外的電荷是如何分離的；其次，地球負載的電荷並不多，由它產生的磁場是很微弱的，根據計算，如果要想得到地磁場這樣的磁場強度，地球的電荷儲量需要擴大1億倍才行，理論計算和實際情況出入很大。同時，該理論還難以自圓其說的是，地球表面的觀測者隨著電荷一起旋轉，對於電荷來說，不存在什麼相對運動，沒有電流又談何磁場呢？

　　以地核為前提條件的地磁場假說也屬於第一類假說，弗蘭克在這類假說中提出了發電機效應理論。他認為地核中電流的形成，應該是地核金屬物質在磁場中做渦旋運動時，通過感應的方式而發生的。同時，電流自身形式的場就是連續不斷的再生磁場，好像發電機中的情形一樣。弗蘭克所建立的模型說明了怎樣實現地磁場的再生過程，解釋了地磁場有一定的數值。但是在應用這種模型的時候，卻很難解釋地核中的這種電路是怎樣通過圓形回路而閉合的。此外，這個模型也沒有考慮到電流對渦旋運動的反作用，而這種反作用是不允許渦旋分佈於平行赤道面的平面內的。

　　屬於第一類假說的還有漂移電流假說、熱力效應假說和霍爾效應假說等，但這些假說都不能全面地解釋地磁場的奇異特性。

　　關於地磁場起源還有第二類假說，這其中最具代表性的就是重物旋轉假說。

　　1947年，布萊克特提出任意一個旋轉體都具有磁矩，它與旋轉體內是否存在電荷無關。這一假說認為，地球和其他天體的磁場都是在旋轉中產生的，也就是說星體自然生磁，就好像電荷轉動能產生磁場一樣。但是，這一假說在試驗和天文觀測兩方面都遇到了困難。在現有的實驗條件下，還沒有觀察到旋轉物體產生的磁效應。而對天體的觀測結果表明，每個星球的磁場分佈狀況都很複雜，尚不能證明星球的旋轉與磁場之間存在著必然的依存關係。

因此上說，關於地磁場的起源問題，學術界仍處在探索與爭鳴之中，尚沒有一個具有相當說服力的理論，對地磁場的成因作出解釋。

 

　　2. 形態場假說

　　如何揭示地磁場的起源之謎呢？本文認為研究地磁場的成因，首先應該解決磁本質問題。

1820年，丹麥科學家奧斯特發現了電流的磁效應，第一次揭示了磁與電之間的關係，從而把電學和磁學聯繫起來。為了解釋永磁和磁化現象，1821年，安培又提出了著名的分子電流假說。安培認為，任何物質的分子中都存在著環形電流，稱為分子電流，分子電流相當於一個基元磁體。當物質在宏觀上不存在磁性時，這些分子電流的取向是無規則的，它們對外界所產生的磁效應互相抵消，故使整個物體不顯磁性。在外磁場作用下，等效於基元磁體的各個分子電流將傾向於沿外磁場方向取向，而使物體顯示磁性。安培的假說還說明了磁體的N、S兩種磁極不能單獨存在的原因，因為基元磁體的兩個極對應於環形電流所在平面的兩個側面，顯然這兩個側面是不能單獨存在的。安培的假說把磁性的本質歸結為電流的磁效應，即一切磁現象都起源於電流或電荷的運動。