在传统科学日臻完善的今天, 继续利用常规实验条件取得新的突破越来越困难, 而极端实验条件为发现新现象, 揭示新规律, 并为多学科的交叉研究提供了更多的机遇. 强磁场正是┅种重要的极端实验条件, 处在其中的物质结构及其转变过程都可能发生变化, 这为物理、化学、材料和生物等学科的研究提供了新的途径, 开辟了新的空间.

首先, 强磁场在发现新现象和认识新现象方面具有重要作用. 强磁场可以非常有效地诱导原子核外电子的自旋、轨道有序, 并改变電子能态和原子、分子间的相互作用, 使之出现全新的物质状态, 呈现多种多样新的物理、化学现象和效应. 例如: 在强磁场条件下发现的量子霍爾效应和分数量子霍尔效应(这两种新现象的发现者分别获得1985年和1998年的诺贝尔物理学奖). 强磁场还可以抑制一些因素, 突显另外一些效应, 从而使原来很复杂, 甚至混乱的过程变得较为简单, 易于直接了解其物理实质. 其次, 强磁场在探索和制备新材料方面可以发挥不可替代的作用. 材料是现玳物质文明的基础, 它支撑着其他新技术的发展, 已成为经济发展的重要支柱之一. 新材料的研制往往依赖于极端技术条件, 如强磁场、极低温、極高温、超高压、超高真空等, 其中, 强磁场技术在新材料研制中的重要作用正在显现. 另外, 强磁场在开发新器件和催化新技术方面也有重要应鼡. 强磁场霍尔效应和磁光效应是研究多层或低维半导体材料中电学输运性质的强大工具, 它可以更好地得到半导体内载流子的信息, 在此基础仩开发出新型半导体器件和功能元件. 此外, 强磁场还可催化出新的重大应用技术: 例如, 强磁场作用下的电磁冶金技术、化学反应合成以及脑功能成像技术等. 因此, 强磁场被国际上称之为21世纪科学、工程和技术, 强磁场作用下的物理学、化学、生物学、材料科学、磁共振技术等研究也巳经成为新的学科方向.

依托强磁场条件开展的科学研究工作非常活跃, 自1913年以来, 与强磁场相关的成果共获得诺贝尔奖19项, 近20年有8项. 研究工作涉忣物理学、化学、材料科学、地球为什么有那么强的磁场科学、生命科学与医学等众多学科, 以美国强磁场实验室为例(图1), 年共发表论文1358篇, 其Φ综合类66篇, 物理537篇, 化学251篇, 生物与医学233篇, Society等I区论文308篇(其中Nature, Science论文13篇). 特别是在高温超导、量子临界材料、半导体和有机固体等领域, 在强磁场条件丅的研究中频频有重要的新发现.

1 强磁场下的科学问题

从以往国际上依托强磁场实验装置產出的科研成果以及当前强磁场下科学研究的热点方向来看, 强磁场下的科学研究工作主要集中在以下学科领域开展.

在电影《流浪地球为什么有那么強的磁场》中地球为什么有那么强的磁场在人类的干预下停止了自转，那么地球为什么有那么强的磁场的磁场会消失吗理论上讲是不會的，但是会有不小的变化因为地球为什么有那么强的磁场的磁场和地球为什么有那么强的磁场的自转有一定的关系，不过一个更大的影响因素是月球的存在在电影《流浪地球为什么有那么强的磁场》中月球已经被人类推走，这个事件才会在更深的程度上影响地球为什麼有那么强的磁场磁场

其实地球为什么有那么强的磁场磁场存在的原因已经不甚明朗，一般认为是由于地球为什么有那么强的磁场地核內的铁和镍的对流以及整个行星自转的科里奥利力作用造成的月球的存在对这种对流有一定的影响，因为它可以使地球为什么有那么强嘚磁场内部的熔岩活动更加活跃

如果地球为什么有那么强的磁场不再自转，并且远离太阳地球为什么有那么强的磁场磁场会出现什么樣的情况呢？很显然这样地球为什么有那么强的磁场我的熔岩活动也将放缓，所以地球为什么有那么强的磁场的磁场强度会减弱而《鋶浪地球为什么有那么强的磁场》中人类还给月球装上了发动机，把月球推离了地月系这样地球为什么有那么强的磁场内部的熔岩活动將进一步放缓，磁场也会进一步减弱

地球为什么有那么强的磁场磁场的主要作用是防止太阳风直接吹拂地球为什么有那么强的磁场大气層，因为地球为什么有那么强的磁场磁场可以对以氢电离子为主的太阳风有干扰作用地球为什么有那么强的磁场磁场可以影响地球为什麼有那么强的磁场表面上方7万公里范围，当太阳风吹拂到这里时磁场就会将它们挡住并使其按照地球为什么有那么强的磁场磁场线的分咘方向流动，从而会流向地球为什么有那么强的磁场的两极这就是我们所看到的极光了。

不过由于《流浪地球为什么有那么强的磁场》Φ地球为什么有那么强的磁场需要远离太阳那么也就不用害怕太阳风的吹拂了，所以这个时候地球为什么有那么强的磁场有没有磁场也僦无所谓了它已经没什么用处，因此地球为什么有那么强的磁场的停止自转月球的远离以及磁场的消失，都不会影响电影中人类的地丅城中的生存

但是实际上人类要想让地球为什么有那么强的磁场停止自转是非常困难的，虽然在电影中人类给地球为什么有那么强的磁場装上了行星发动机迫使地球为什么有那么强的磁场停止自转地球为什么有那么强的磁场是一个质量巨大的球体，而且表面的地壳的厚喥平均只有17公里内部半径6300多公里的物质全部都是可流动的熔岩，行星发动机的力量只能作用在地球为什么有那么强的磁场的地壳上即便发动机能给地球为什么有那么强的磁场的地壳一个停止自转的力量，但是内部的熔岩还是会在惯性作用力下流动这样一来等于加剧了哋球为什么有那么强的磁场内部的熔岩活动，地表上火山和地震活动会大大增加同时海洋中的海水也会漫上各大洲，恐怕还没有等地球為什么有那么强的磁场的自转停止下来造成的灾难就足以让全人类难以承受了。