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在我们的生活常识中，似乎除了铁器能和磁铁发生相互作用以外，其他东西就属于“没有磁性”之类了，比如我们区分铝和铁，一个办法就是拿磁铁来吸一吸，能被磁铁吸走的是铁，否则就是铝。但是铝真的对外来磁铁没有丝毫反应吗？非也。实际上铝也被磁铁吸引着，如果不信，在后面的动手实践一节你可以自己亲手做实验验证这一点。常识还告诉我们，铜也不和磁铁发生相互作用。真是如此？非也。实际上铜被磁铁排斥着，后面你也将自己动手验证。
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你是不是觉得熟悉的世界开始混乱了？
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实际上铝和铜就是两大类物质—顺磁体和逆磁体的代表人物，它们和磁铁之间发生着微妙的相互吸引或者排斥的关系。只不过这个作用力非常小，比铁对磁铁的力要小成千上万倍，所以一般状态下不容易发现。所谓顺磁体就是像铝那样，能够感受到外来磁铁微弱的吸引力的物质；而逆磁体就是像铜那样，能够感受到外来磁铁微弱的排斥力的物质。这些性质是怎么引起的呢？首先来看顺磁体，如图5.3所示，金属铝中也有很多个“小磁铁”，即电子自旋，和铁不一样的是，铝中的这些电子自旋非常不配合，基本上都是横七竖八地排列着。即使有一个外来的磁场，它们也不愿意整齐地排列起来，大部分的电子还是横七竖八、我行我素，只有小部分的电子指向了和外加磁场平行的方向，所以宏观上它变成了一个强度很弱的大磁铁，和外加磁铁有弱小的吸引力。一旦外加磁铁撤离，它们又变得自由散漫，宏观上一点点磁性都没了。
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图5.3 顺磁体
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顺磁体还算好理解，和铁磁体有些类似。那么铜是怎么回事呢？它怎么还会被外加磁场排斥呢？按理说，铜、铝和铁都一样是良好的导体，这就证明它们里面都有大量自由活动着的电子“小磁铁”。既是磁铁，那么在外加磁场的作用下它们应该趋向于和外加磁铁相吸引才对啊。比如把一块磁铁的南极靠近指南针，指南针就会转动方向，使得自己的北极朝向外加磁铁的南极，互相吸引。要理解逆磁性还真不是一件容易的事情，但是我们还是可以用高中学过的物理知识来了解一下它最基本的原理。
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暂时先忽略电子的自旋，即把铜金属里的电子仅仅看作一个小电荷，而不是小磁铁。假设某一个铜的电子在我们的纸平面内随机地游荡着，如图5.4左图所示，在某一个时刻，它朝前运动着，具有速度v。这时，我们拿着一块磁铁靠近铜金属，给铜里面的电子带来了一个垂直于纸面向里的磁场。在这个磁场的作用下，原本开心地沿着直线运动的电子感受到了一个侧向的磁场力，这个力等于
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F=—ev×B
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我们从高中课本中学过，这个力会使得电子从直线运动变成圆周运动。圆周半径为：
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如图5.4右图所示，电子开始做顺时针旋转。注意到电子带负电，所以这等效于一个环形电流在绕着逆时针运动。电流大小为：
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I=e/t=e/（2πr/v）=e2B/2π
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根据右手定则，逆时针运动的电流产生一个垂直于纸面向外的磁场，正好与外加磁场针锋相对。如果把这个小小的环形电流看成是一个磁铁产生的话，那么它的北极指向纸外，与外加磁铁的北极相对，从而导致它被外加磁铁排斥。一块金属铜里有亿万个电子在自由运动着，它们在外来磁场的影响下做圆周运动，产生亿万个排斥外来磁铁的环形电流，这便导致了逆磁性。
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图5.4 逆磁性的来源
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一切看起来都能自圆其说，但是，且慢！我们在讨论逆磁性的时候做了一个简化，忽略了电子的自旋。如果把自旋加进来，它的贡献是顺磁性的，那结局会是怎样？而我们在讨论铝的顺磁性的时候，也根本没有把产生逆磁性的电子圆周运动考虑进来，如果考虑的话，结局又会是怎样？
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电子自旋和圆周运动两个因素之间的决斗，结局我们是知道的：铝以及其他顺磁物质的自旋效应胜出，铜以及其他逆磁物质的圆周运动效应胜出。然而这两个因素之间的刀光剑影，在不同材料里的明争暗斗，却是“荡气回肠，一言难尽”。有多少痴情物理学家倾其一生来求解这胜负之谜，正所谓，“为伊消得人憔悴”。我等业余科学家暂时只能“不求甚解”，待以后再细细钻研了。
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了解了这么多关于物质的奇闻轶事，下面到了动手验证的时候了。
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动手实践
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首先我们就来回答本章刚开始的时候提到的一个问题，把磁铁摔碎以后，剩下的这两半块磁铁究竟是吸引还是排斥。图5.5左图展示了一块破碎的马蹄形磁铁；图5.5右图则展示了破碎的部分又紧密地吸引在一起。我想大家更熟悉的情况可能是一块长方形的磁铁，破碎以后就再也无法拼成原来的样子了。这个现象想必在很多读者心中留下过一个长久的问号。究竟什么样的磁铁破碎以后相互吸引，什么样的磁铁破碎以后相互排斥呢？
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图5.5 马蹄形磁铁断而复连
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这个问题的答案大家一看图5.6就会明白。一般的方块形磁铁，它的磁极是垂直于它最大的那个表面的，所以当它断裂时，就形成了如图5.6上所画的那样的两块小磁铁。这样摆放的两块磁铁之间是相互排斥的，因为它们俩的同名磁极之间靠得很近。虽然说没有直接北极对北极的时候斥力大，但是是排斥而不是吸引这一点是肯定的。如果我们把其中的一块磁铁翻过身，则两块磁铁的异名磁极靠得比较近，这样它们就能吸附在一起了。通常由于断裂面不平整，这两块磁铁再也无法完美地拼成一个整体了。如果你对这种粗略的描述不满意，我们也可以用高中的物理知识来证明这样摆放时，磁铁之间是斥力。我们可以假设其中一块磁铁的磁场是由一个环形电流产生的，如图5.7所示。这个环形电流会受到来自左边磁铁的力的作用，而且它左右两条边受到的力是指向相反方向的（如图5.7中红色箭头所示）。但是，由于靠近磁铁的那条边感受到更强的磁场，所以它受到的磁场力更大，总而言之，环形线圈受到了一个向右的排斥力。至于环形线圈前后两条边所受到的磁场力，由于它们方向相反，并且大小相等，所以抵消了。