磁铁同极相斥——磁悬浮列车是怎么浮起来的？

知识点:磁体同极的排斥力不能稳定地支撑火车，但是超导体可以通过放置在磁体上来保持稳定。这是因为磁场不能穿过超导体，所以磁力线会支撑住超导体。

中国第一辆磁悬浮列车于2003年1月在上海开始运行。十多年过去了，每个人的新奇感都消失了。磁悬浮的高端概念似乎正在淡出每个人的视线。今年，中国第二条中低速磁悬浮线路北京S1的建设已经全面启动。新一代人已经开始听到并对术语“磁悬浮列车”感到好奇。磁悬浮列车的浮力是如何产生的？浮力排斥磁铁的同一个磁极是一回事吗？

我们知道磁悬浮列车依靠永磁体运行，永磁体通常由稀土材料制成，磁场强度为1特斯拉。

如果你把一个磁铁放在另一个磁铁上，它们是互斥的，上面的磁铁看起来是浮动的。然而，你很快就会发现，放在上面的磁铁不可能保持稳定的平衡，如果有轻微的扰动，它就会脱落。这背后隐藏的秘密是恩肖定理。这个定理是由一位名叫恩索的英国数学家在1842年提出的。他发现运动物体的稳定悬浮不能完全通过永久磁铁或永久磁铁和软磁铁之间的电磁力来实现。他从理论上证明了用永久磁铁悬浮是不可能的。也就是说，不可能靠两块磁铁之间的排斥力来支撑火车，火车肯定会翻倒。

然后呢？磁悬浮是不可能的吗？

幸运的是，科学家们发现，如果超导体被放置在磁铁上，它可以保持超导体稳定，就像一艘在海上航行的船即使有风浪也不会倾覆一样。这背后的物理定理超越了Enso的最后一个定理，但是使用了Massena效应:磁场不能穿过超导体，所以磁力线支撑着它们。这听起来有点复杂，但想想初中物理中关于液体浮力的那一章，它讲述了阿基米德洗澡时发现的浮力定律。空心铁球在水中漂浮是很常见的。

磁悬浮是同样的原因吗？

当然是相似的！你可以把磁场想象成水。如果我们将超导体置于磁场中，就像水中的空心铁球一样，水不能进入空心铁球的内部，磁场也不能进入超导体。这就是磁场对超导体产生浮力的原因。

迈斯纳效应是量子力学的一种宏观现象。因此，如果你想彻底了解磁悬浮列车浮力的来源，你应该读一本关于量子力学的书。18世纪是蒸汽机时代，19世纪是电力时代，20世纪是信息技术和互联网时代，21世纪是量子时代。因此，当前的时代趋势是量子力学。热爱物理的学生可能会注意到这个时代的特点。