有三大原因：

1）地球的磁場很弱

2）磁場太大又幾乎是均衡的，因而無法使一個磁體轉向一個特定的方向

3）即使在最佳情況下，使一個磁體在磁場中懸浮也需要精妙至極的平衡與協調。

所以重要的不止有保持對兩極的控制（異極相吸，同極相斥）。要理解磁體是如何在磁場中運動的，你還需要考慮吧梯度，即磁場在哪個方向上更強，以及它能夠多快地變強。

圖解：“磁體”還是“磁偶極子”

钕磁體（現在看來平平無奇的銀色物體卻給過去那些成長經曆中隻有易碎的黑色磁鐵的磁體愛好者而言造成了深刻的印象）能夠支撐起一個在它表面略高于1特斯拉的磁場。地球的表面磁場則近似于它的萬分之一。如果你有一個和地球磁場一樣強度的電磁鐵，甚至很難用它撿起回形針。

你也許可以（通過某種方式）使你的磁鐵匪夷所思地強來補足極弱的地球磁場，但你馬上就會面臨第二個大問題：均勻性。均衡的磁場不會吸引或排斥任何磁體，它隻能轉動它們直到這些磁體排成一列。

圖解：放置在均勻磁場中的磁鐵是不會移動得，它隻會旋轉以與磁場一緻。

如果你有一塊條狀磁鐵，它的北極和南極與地球兩極的距離基本相同。一極被拉了多少，另一極就會同樣地被推多少。這就是為什麼指南針的磁針可以與地球磁場對齊，但在其他時候保持靜止。可是我們不可能找到一塊“隻有北極”的磁鐵。磁鐵永遠有南北兩極，所以你永遠找不到一塊磁鐵隻以磁場為方向移動。

幸運的是對于磁鐵愛好者而言，物理學過于複雜了。你可能注意到過一對磁鐵可能（在彼此校準後）相吸。除了它們都有能夠彼此相吸相斥的南北極外，一對磁體仍有可能以各自整體彼此相吸。這是因為當磁場随距離疾速下降時，更靠近的兩極所感到的拉力大于較遠的兩極所受的推力。數學化地說，如果磁體的磁力距是

，外磁場是

，那麼磁體所受的力就是

。“磁場梯度”所指的方向就是磁場強度上升最快的方向（典型的情況下就是指向磁場的源頭），另外它對于在特定距離下快速變化的磁場而言也更大。梯度越大，磁體受到的總拉力（或推力）就越大。地球的磁場梯度是非常小的，因為這個磁場并不會快速地變化；如果你現在就向任意方向移動一英裡，你就會發現地球的磁場幾乎是一樣的。

所以當一個磁體遭受到磁場時，它首先會旋轉并對其磁場，然後會向磁場中最強的部分移動（“向梯度方向”）。如果你有兩個磁體，磁場在另一塊磁鐵的位置會強得多，所以一對磁鐵就會吸到一塊兒。如果你從這個方向去想，你會直接從電流環路的磁偶極子（也就是标準的物理學方法）弄明白這件事，然後導向麥克斯韋定律。

圖解：較低的電流環路（簡單磁鐵）會被吸引到有最強的外磁場的區域。基本上這就是為什麼磁鐵會彼此吸引。

真正的磁懸浮是一種精緻的藝術。恩紹（Earnshaw）嘗試了解決無法用其他磁體在空間中将一個磁體固定住的問題。盡管有很多有趣的例外，但它們大多數對地球磁場中的懸浮都是沒有幫助的。

左圖：反磁性的水在一個磁場中最弱的部分（但仍然是很強的）流動。

中圖：特定形狀的磁場中穩定的陀螺磁體。

右圖：一個規整的磁體被其下方的超導冰球擡起。

一些物質有一些隻能在很強的磁場中顯現的性質。特别是，會逃逸到可能是露天環境中磁場較弱的區域的反磁性物質（比如水）。但是這要求限制在一個非常小的區域内的磁場以十萬倍強于地球磁場。隻需要幾百萬沒有我們就能懸浮青蛙（或者是做其他一些重要的基礎研究）。但這些都幫助有限，因為我們需要的是極大的磁場梯度和極強的磁場。即使對于最反磁性的物質來說，地球的磁場都顯得太過有限。

圖解：懸浮一個陀螺磁鐵所需要的“精心制作的”磁場。

你當然也可以通過去掉“固定的”條件來破壞一下恩邵定理。懸浮的陀螺可能會翻轉或者趨向它們的磁性座，但鑒于它們仍在一個特定形狀的磁場中旋轉，它們就仍然是陀螺穩定的。如果陀螺開始翻到，回轉力會使它的軸心（和它的磁體指向同一個方向）在翻倒時重新被豎直并回到中間。原因盡管不是馬上明晰的，但仍然很有意思。這樣的懸浮需要一個特别打造的沙漏狀磁場（仍然需要大的梯度）。而不是像地球一樣的東西。

圖解：二型超導體驅出磁場，但如果受到強迫，它們會允許磁場通過“磁通管”。磁場越大，磁通管的數量就越多。創造或者銷毀一個磁通管都隻需要極少的能量，所以超導體會保持磁場固定（也就是不使其移動）。令人興奮的是，如果鄰近的區域有相同的磁場，超導體就能輕易地滑到裡面去。

超導體有多種類型，但其中最為普遍的是二型超導體（通常寫為“Ⅱ型”而不是“2型”，因為物理學家喜歡看上去時尚一點）。二型超導體對待磁場脾氣很壞，這麼說是因為沒有更好的詞可以形容。它們将磁場從它們的内部驅出，但如果你（用像“把它們放在手裡”這樣的高級技術）迫使它們待在磁場中，磁場就會轉而通過微小的管道穿刺這種物質。在這種情況下，這種物質就是在拒絕磁場發生改變，而不是驅離它們（“非常好……很好……這就是我希望有的磁場。”）。要形成、破壞或者移動這些“磁通管”隻需要極少的能量，所以超導體就會發現它們實際上被磁場刺穿了。所以有了“磁通釘紮（flux-pinning）”的名字。

但是磁場畢竟還是一個磁場，在任何特定的地方，磁場都沒有什麼特别的。如果磁場是平移對稱的（即如果你向某方向移動，磁場不變），那麼浮動的超導體就可以無拘無束的向那個方向滑去。比如，它們可以（無摩擦地！）沿着軌道移動，因為軌道上的一個區域所生成的磁場與下個區域相同。

即便我們能建一艘超大的“超導船”并把它釘紮在地球磁場上鎖住，我們可以想象它其實不能浮動，除非是在極少數的特定地方。通常而言，（表面強度恒定的）地球磁場的水平曲線橫切磁場表面。理想情況下，我們需要磁場垂直增強（水平曲線需要與地平線水平），這樣渦旋釘紮就能創造一個能保持在一定高度巨大的超導體。

最佳情形下（即假設你能同時解決小磁場和小梯度的問題），超導船會經曆這些像是隐藏嵌套在空間中并橫切地面的牆一樣的水平曲線。可能更糟的是，這些“牆”并不光滑；地球磁場是波浪起伏且多變的。你隻能指望這艘船能一直有力氣穿越于形狀不斷變化的地球磁場中。

圖解：地球起伏多變的磁場的強度

缺少将這些牆上滑的辦法，妄圖使超導體在地球磁場中浮動幾乎隻能限制穿越地球表面的移動。但是當你這麼做的時候，你可能會想找到一些懸浮的替代方法。

圖解：更好的替代方法。

考慮到我們擁有的磁懸浮方法，地球磁場太過有限了。

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. askamathematician-挖礦的呆鵝

如有相關内容侵權，請于三十日以内聯系作者删除

轉載還請取得授權，并注意保持完整性和注明出處

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!