藝術家對磁星的假想圖。來源：ESA - Christophe carau。
磁鐵和磁力在我們的日常生活中無處不在，它們幫助我們在不熟悉的地方找到方向，并把孩子們的畫貼在冰箱上。但除了這些常見的例子外，磁場在宇宙力量中似乎總是起著次要的作用。當然，每隔一段時間，它們可能會手握大權——比如在極其危險的磁星環境中，或者在非常有用的核磁共振掃描儀環境中——但在大多數情況下，它們所做的只是存在，被它們更強大的同類推來推去。
盡管它們相對來說不重要，但它們也有一些秘密。
磁鐵只對運動起作用
想象一下，一個單獨的、靜止的帶電粒子會產生電場。這個電場環繞在粒子的四周，并指示其他帶電粒子如何反應。如果附近有帶相同電荷的粒子，它就會被推開，如果有一個帶相反電荷的粒子離該粒子很遠，它就會被輕輕拉近。
但是如果這個電荷一旦開始運動，會發生一件令人驚訝的事情：一個新的場出現了!這個奇特的場以一種奇怪的方式運動：它不是直接指向或指離電荷，而是繞著電荷旋轉，并且總是與電荷的運動方向垂直。并且一個在附近的帶電粒子只有也在運動的情況下，才會感覺到這個新的場，而且它感受到的力也垂直于它運動的方向。
這個場，為了方便起見，我們叫它磁場，它是由移動電荷引起的，同樣也只會影響移動電荷。但是沒見你冰箱上的磁鐵動過啊，那又是因為什么原因呢?
你的磁鐵本身是不動的，但組成這塊磁鐵的東西卻在動。磁鐵中的每一個原子都有一層又一層的電子，而電子是帶有自旋性質的帶電粒子。自旋是一種基本的、晦澀難懂的量子性質，雖然嚴格來說，把電子看作是微小的自旋金屬球是不正確的……但出于解釋磁性的目的，我們可以暫且把電子看作是微小的自旋金屬球。
這些電子是運動中的電荷，每個電子都會產生其自己的、極其微小的磁場。在大多數材料中，電子間不同的運動方向抵消了任何宏觀的、肉眼可見的磁場，但磁鐵是那種有許多電子整齊排列的材料，這使得磁場大到足以把東西粘到冰箱上。
可能存在的磁單極
因為我們在宇宙中看到的所有磁場都是由移動的電荷產生的，所以你永遠不能把南北磁極(“單極子”)分開。它們總是成對的，如果你把一塊磁鐵切成兩半，你只會得到兩塊更小、更弱的磁鐵，它們的內部電子仍然和以前一樣在旋轉。
磁體的這種性質在過去(和現在)已經廣為人知，以致于詹姆斯·克拉克·麥克斯韋(James Clerk Maxwell，發現電和磁是根本聯系在一起的人)，把“磁單極并不存在”這句話硬塞進了他的方程，然后就撒手不管了。幾十年來，我們都沒有理由懷疑這個結論，我們聽之任之。
但是，當我們注意到怪異而奇妙的亞原子世界時，我們對量子力學的理解不斷加深，我們開始對這個想法產生了疑問。而量子領域的先驅保羅·狄拉克(Paul Dirac)注意到，這種新物理領域的深奧數學中隱藏著某種有趣的東西。
來做一個思想實驗，如果宇宙中有一個磁單極存在的話，你把它和一個普通的電荷配對，那么這兩個粒子就會開始旋轉，這個旋轉與距離無關，無論這兩個粒子相距多遠它們都會開始旋轉。但是狄拉克知道角動量(在一個圓中運動的動量，就像在這對旋轉粒子中的一樣)是量子化的——在我們的宇宙中角動量是離散的。所有的物體都是這樣的，包括我們這對奇特的粒子。
這就是問題所在：使用這個推理，狄拉克意識到如果角動量是量子化的話，那么這些粒子上的電荷也必須是量子化的。而由于這一效應與距離無關，所以如果在整個宇宙中，存在那么一個磁單極，那這將直接導致電荷的量子化，在此之前，我們一直認為電荷量子化是沒有理論依據的實驗事實。
磁鐵是狹義相對論的關鍵
麥克斯韋爾(James Clerk Maxwell)發現的電磁之間的聯系并非是膚淺的。他意識到它們是同一硬幣的兩個面，而這個硬幣就是“電磁”。變化的電場可以產生磁場，反之亦然;此外，一種被稱為光的現象僅僅也只是電磁開始相互擺動時發生的現象而已。
愛因斯坦是麥克斯韋研究成果的頭號粉絲，他將這個研究成果往前再推進了一步。他意識到電、磁和運動之間是有聯系的。來，重新開始想象一下，同樣，一個單獨的、靜止的帶電粒子，產生著同樣無聊的電場，但如果你開始在它旁邊跑步經過呢?你猜猜會發生什么?
從你的角度來看，電荷是運動的。那么我們重新回想一下，運動的帶電粒子會怎么樣來著?不錯，它們會產生磁場。所以，電場和磁場不僅僅是一枚硬幣的兩個面，而且你還可以通過簡單的運動來將它們相互轉換。這也意味著不同的觀察者會對他們所看到東西的產生不同的看法：一些固定的觀察者可能會看到一個電場，而一個正在運動的觀察者可能會發現同一個源頭正在產生磁場。
正是這種思想指引愛因斯坦走上了一條發現我們現在稱之為狹義相對論的道路，從而奠定了現代科學的基石，所有的這些我們都得要感謝默默無聞的磁場。
