大多數人最初領略到物理的魅力，都是從吸鐵石開始的，從小我們便接觸到了這種有趣的“石頭”，學會了用這種“石頭”來鑒别面前的金屬是不是鐵質的，可是為什麼這個世界上隻有能夠吸鐵的“石頭”，卻沒有能夠吸銅和吸鋁的石頭呢？

吸鐵石又稱為磁鐵，但其實它既不是石頭，也不是純粹的鐵質物體，一般的磁鐵中還會含有很多其它物質，在物理學上，我們将磁鐵稱之為“永磁”，顧名思義就是一種在常溫下永遠能夠表現出磁性的物質。永磁能夠表現出磁性，而其它未能表現出磁性的物質并不等于就沒有磁性，從本質上來講，世界上所有的物質在微觀層面都是具有磁性的，為什麼這麼說呢？這就要涉及到磁場的本質了。我們知道，電磁同源，所以要說磁，就不能不說電，而電子就是磁場産生的最初源頭。

世界上的所有物質，鐵也好、銅也罷，都是由一個個原子所組成的，而一個原子的結構大體可以分為兩部分，即原子核與核外電子。

以鐵原子為例，在原子核外就有26個電子分層排布，并圍繞原子核運動。那麼電子為什麼要圍繞原子核運動呢？因為在原子核之中有質子，而質子帶正電，而核外電子是帶負電的，根據同性相斥、異性相吸的原理，原子核外的電子便與原子核緊密地結合在了一起，于是一個完整的原子就形成了。

由于原子核内帶正電的質子與原子核外帶負電的電子數量相等，相互抵消，所以普通的原子都是不帶電的，而一旦因為某種原因，少了或多了一個電子，那麼原子則會成為帶電的離子。雖然普通的原子是不帶電的，但原子内的電子卻實實在在擁有電荷，有了電荷，周圍就一定會存在電場。

既然有了電場，想要把磁場弄出來就很容易了，隻需要讓帶電的粒子動起來就可以了，而事實上，無論是電子還是原子核都沒有一刻的停歇，始終處于運動之中。

電子存在着一種被稱為“自旋”的運動，而電子的高速自旋就必然會産生磁場，這就是為什麼我們說所有的物質在微觀層面都是具有磁性的。有趣的是，雖然在微觀層面，物質都具有磁性，但是在宏觀層面，能夠表現出磁性的物質卻極為有限，在自然界之中，隻有鐵、钴和鎳等少數幾個金屬物質具有天然磁性。為什麼會這樣呢？物質雖然都是由原子構成的，但不同的物質，原子的排布結構存在着極大的差異。我們可以這樣理解，大多數物質的原子排布方向都不是整齊而規則的，所以原子的磁性則發生了相互抵消，于是由有磁性的原子構成的物質則沒有了磁性。

一種物質要想具有天然磁性，至少要滿足兩個條件，一個是具有半滿的外層電子層結構，另一個則是具有磁場同方向排成一列的晶體結構。

别看隻有兩個條件，就足以将世界上大部分的物質篩除出去，于是算下來隻有上述的幾種金屬物質可以滿足這兩個條件了。那麼為什麼磁鐵可以将鐵吸起來呢？因為在正常情況下，鐵塊内部的磁性區域是随機分布的，所以磁場相互抵消，不能直接對外顯示出磁性，而當磁鐵靠近時，出現了一個外加磁場，在這個外加磁場的作用下，鐵塊内部的磁性區域方向則趨于一緻，于是便對外顯示出了磁性，與磁鐵吸附在了一起。

銅之所以不能被磁化，是因為銅原子的電子殼層是充滿的，當它受到外部磁場作用時，會産生電子環流，使得自身的磁性與外磁場方向相反，從而表現出抗磁性，所以銅也是一種典型的抗磁性物質。

鋁與銅不同，由于鋁原子之中存在着一個未成對的電子，所以在外加磁場的作用下，鋁原子會順着外加磁場線的方向排列，從而表現出順磁性。順磁性物質本身也是一種非磁性物質，但是其并非毫無磁性，如果使用精密儀器進行測量的話，就會發現在外加磁場的作用下，鋁會依磁場方向出現非常微弱的磁化。總結一下，一種物質是否能夠被某種神奇的“石頭”吸起來，關鍵就在于這種物質是否能夠被磁化，而一種物質能否被磁化，取決于這種物質的微觀結構，這就是為什麼世界上隻有吸鐵石，而沒有吸銅石和吸鋁石了。

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