⑴ 物理磁場的動態圓是怎麼回事
地球磁場起源之謎
1. 謎題重重的地磁場
地球是一個天然的大磁體，無論在陸地、海洋，還是天空，都能夠感受到地磁場的存在。我國古人很早以前就對地磁現象有所認識，中國古代四大發明之一的指南針，就是利用磁針在地磁場中的指極性製成的。
歷史上，第一個提出地磁場理論概念的是英國人吉爾伯特。他在1600年提出一種論點，認為地球自身就是一個巨大的磁體，它的兩極和地理兩極相重合。這一理論確立了地磁場與地球的關系，指出地磁場的起因不應該在地球之外，而應在地球內部。
1893年，數學家高斯在他的著作《地磁力的絕對強度》中，從地磁成因於地球內部這一假設出發，創立了描繪地磁場的數學方法，從而使地磁場的測量和起源研究都可以用數學理論來表示。但這僅僅是一種形式上的理論，並沒有從本質上闡明地磁場的起源。
現在科學家們已基本掌握了地磁場的分布與變化規律，但是，對於地磁場的起源問題，學術界卻一直沒有找到一個令人滿意的答案。
目前，關於地磁場起源的假說歸納起來可分為兩大類，第一類假說是以現有的物理學理論為依據；第二類假說則獨辟蹊徑，認為對於地球這樣一個宇宙物體，存在著不同於現有已知理論的特殊規律。
屬於第一類假說的有旋轉電荷假說。它假定地球上存在著等量的異性電荷，一種分布在地球內部，另一種分布在地球表面，電荷隨地球旋轉，因而產生了磁場。這一假說能夠很自然地通過電與磁的關系解釋地磁場的成因。但是，這個假說卻有一個致命缺點，首先它不能解釋地球內外的電荷是如何分離的；其次，地球負載的電荷並不多，由它產生的磁場是很微弱的，根據計算，如果要想得到地磁場這樣的磁場強度，地球的電荷儲量需要擴大1億倍才行，理論計算和實際情況出入很大。同時，該理論還難以自圓其說的是，地球表面的觀測者隨著電荷一起旋轉，對於電荷來說，不存在什麼相對運動，沒有電流又談何磁場呢？
以地核為前提條件的地磁場假說也屬於第一類假說，弗蘭克在這類假說中提出了發電機效應理論。他認為地核中電流的形成，應該是地核金屬物質在磁場中做渦旋運動時，通過感應的方式而發生的。同時，電流自身形式的場就是連續不斷的再生磁場，好像發電機中的情形一樣。弗蘭克所建立的模型說明了怎樣實現地磁場的再生過程，解釋了地磁場有一定的數值。但是在應用這種模型的時候，卻很難解釋地核中的這種電路是怎樣通過圓形迴路而閉合的。此外，這個模型也沒有考慮到電流對渦旋運動的反作用，而這種反作用是不允許渦旋分布於平行赤道面的平面內的。
屬於第一類假說的還有漂移電流假說、熱力效應假說和霍爾效應假說等，但這些假說都不能全面地解釋地磁場的奇異特性。
關於地磁場起源還有第二類假說，這其中最具代表性的就是重物旋轉假說。
1947年，布萊克特提出任意一個旋轉體都具有磁矩，它與旋轉體內是否存在電荷無關。這一假說認為，地球和其他天體的磁場都是在旋轉中產生的，也就是說星體自然生磁，就好像電荷轉動能產生磁場一樣。但是，這一假說在試驗和天文觀測兩方面都遇到了困難。在現有的實驗條件下，還沒有觀察到旋轉物體產生的磁效應。而對天體的觀測結果表明，每個星球的磁場分布狀況都很復雜，尚不能證明星球的旋轉與磁場之間存在著必然的依存關系。
因此上說，關於地磁場的起源問題，學術界仍處在探索與爭鳴之中，尚沒有一個具有相當說服力的理論，對地磁場的成因作出解釋。
2. 形態場假說
如何揭示地磁場的起源之謎呢？本文認為研究地磁場的成因，首先應該解決磁本質問題。
1820年，丹麥科學家奧斯特發現了電流的磁效應，第一次揭示了磁與電之間的關系，從而把電學和磁學聯系起來。為了解釋永磁和磁化現象，1821年，安培又提出了著名的分子電流假說。安培認為，任何物質的分子中都存在著環形電流，稱為分子電流，分子電流相當於一個基元磁體。當物質在宏觀上不存在磁性時，這些分子電流的取向是無規則的，它們對外界所產生的磁效應互相抵消，故使整個物體不顯磁性。在外磁場作用下，等效於基元磁體的各個分子電流將傾向於沿外磁場方向取向，而使物體顯示磁性。安培的假說還說明了磁體的N、S兩種磁極不能單獨存在的原因，因為基元磁體的兩個極對應於環形電流所在平面的兩個側面，顯然這兩個側面是不能單獨存在的。安培的假說把磁性的本質歸結為電流的磁效應，即一切磁現象都起源於電流或電荷的運動。
按照近代物理學的理論觀點，電荷不論是否運動，都將在其周圍激發電場，而運動的電荷（電流）一定會在其周圍激發出磁場。與電場是一種特殊的物質一樣，磁場也是一種特殊物質，在磁場中運動的電荷（電流），將受到該磁場給予的作用力（磁場力）。
安培的分子電流假說從微觀的角度解釋了磁場的形成過程，闡明了磁場與運動電荷之間的關系。這里有一點值得我們思考，為什麼電荷只有在運動狀態下才能「激發」出磁場呢？按理說，帶電粒子的靜止與運動是相對的，如果觀察者與粒子一同運動，帶電粒子是否還會具有磁性呢？毫無疑問，帶電粒子的磁場並不會因為觀察者的同步運動而消失；那麼，相對於觀察者靜止的帶電粒子所表現出磁性，就只能與它的運動方向有關了。鑒於此，我們不妨作出這樣的假設，當帶電粒子運動方向確定以後，其表現磁場的場性物質的矢量方向也隨之確定下來，因而使帶電粒子在運動過程中表現出了磁效應。
基於以上考慮，本文在此提出基本粒子形態場假說。所謂形態場是指場的空間形態，過去一般認為，場的空間形態都呈球對稱狀（呈球對稱狀的場又稱三維場），如宏觀物體的萬有引力場。而基本粒子形態場假說認為，在微觀世界中，基本粒子所攜帶的能量場是由二維的平面場和一維的線性場組成。具體地說，自然界中，像質子、電子這類帶電粒子所攜帶的質量場是二維平面場，而電場則是一維的線性場，一維線性場垂直並穿過二維質量場的中心。在外界電場或磁場的作用下，粒子的電場方向與粒子的運動方向保持一致。
基本粒子為什麼具有如此的場性結構呢？這是由場的形成過程決定的。場的初始形態是一維線性的具有量子化的能量流，這種能量流分為兩種，一種是質量流，另一種是電量流，兩種能流在空間分布上相互垂直，它們是構成基本粒子場的原始材料。由於粒子存在著自旋，所以使本來一維線性的能流在旋轉中轉化為二維形態的平面場。
既然基本粒子的平面場是在旋轉過程中形成的，那麼二維場就是一個矢量場，場的方向與粒子的自旋方向相同。在此，我們可以形象地把自由運動的基本粒子比作一個轉動的自行車車輪，軸心是粒子，轉動輻條形成的即是質量場，車輪的轉動方向就是質量場的矢量方向，而穿過軸心的車軸則是一維線性的電場。一維線性的電場也是一個矢量，帶正電荷粒子的電場方向用左手判定，即用左手握住粒子的自旋軸，彎曲的四指與質量場方向一致，這時拇指所指的方向就是電場的方向。帶負電荷的粒子的電場方向用右手判定，道理同上。反之，根據二維矢量場方向也可以判斷出粒子的電荷屬性，即左手旋粒子為正電荷粒子，右手旋粒子為負電荷粒子。
矢量場間相互作用遵循同方向相吸、異方向相斥的原則。具體地說就是，當兩個粒子的一維線性場同處在一條軸線上時，若一維矢量場的方向一致，即相互吸引；若一維矢量場的方向相對，則相互排斥。如一個電子與正電子相遇，兩者的運動方向雖然是相對的，但兩者的一維電場方向卻是一致，因而正負電子對表現出了相互吸引的特性。而兩個自由運動的電子相遇（運動方向相對）時，則表現出了同性電荷相斥的特性。導體內同方向（定向）運動的電子形成電流，電子間並沒有因為同性電荷而排斥，它們表現出了有序的排列狀態。對同處在一個平面的二維場來說，若兩個場的旋轉方向相同，即相互吸引；若兩個場的旋轉方向相逆，則相互排斥。兩根通電導線相吸或相斥，就是二維質量場相互作用的結果。
現以最簡單的氫原子為例，來分析原子內部形態場的分布情況。在一個原子中，帶有正電荷的原子核位於中心，核外電子圍繞原子核做圓周運動。氫的原子核是一個質子，而質子和電子的質量場又都是旋轉的二維平面場，所以質子的質量場將對電子發生作用。在角動量傳輸原理作用下，核外電子只能運行在質子的質量場平面內，且運動方向及自旋方向始終與質子質量場矢量方向保持一致。與此同時，質子和電子的一維電場則共同垂直於它們的質量場平面，但兩者的方向卻正好相反，因而兩個電場將發生聯接，由兩個線性場形成了一個封閉的環形作用軌跡。這時，核外電子與原子核的電場之間產生的是相互吸引作用。
不難看出，原子內部形態場呈現出雙重作用關系。在空間結構上，可以形象地把原子比喻為太陽系，原子核就是太陽，核外電子如同行星，諸行星運行在太陽質量場平面——黃道面上，每個行星的質量場平面——赤道面與黃道面相重合，且自轉方向與太陽自轉方向（太陽質量場旋轉方向）相同。原子核和電子除了攜有二維的質量場外，還攜有一維的電場，它相當於行星的磁場，行星的磁場方向與黃道面相垂直。比照原子核，太陽也攜有磁場，但其方向與行星的磁場方向正好相反。原子核與電子的一維電場作用，相當於太陽磁場與行星磁場發生了作用，其作用軌跡為：磁力線從太陽北極出發，聯接到行星的北極，之後再由行星的南極連接到太陽的南極，由此形成一封閉的環形路線。
當年，盧瑟福在考慮原子模型時，很自然地把電場力作為電子圍繞原子核圓周運動的向心力。但這一假設有一個致命缺陷，而且是不可克服的，因為根據麥克斯韋理論，做加速運動的帶電粒子將輻射出電磁波。這樣繞核運動的電子由於輻射電磁波釋放能量，終將落到原子核上，一個氫原子的壽命只有10-6秒。而在原子的形態場結構模型中，一維線性的電場方向垂直於電子的運動方向，因此不存在輻射電磁波問題，也就無所謂失去能量。
不僅如此，核外電子的運動還要受到原子核旋轉質量場的制約，原子核與電子就像太陽與行星一樣，彼此間也在發生著角動量轉換。在原子核電場的吸引下，電子將產生向原子核靠近的運動趨勢；而在與原子核角動量傳輸過程中，電子又將不斷地獲得軌道角動量，產生遠離原子核的運動趨勢。只有當這兩種作用達到平衡時，核外電子才能穩定地運動在圓周軌道上。
簡言之，核外電子在角動量傳輸和電場力共同作用下，維持了圓周運動的穩定性，電子的軌道半徑與電子的運動速度存在著對應關系，並且不會輻射電磁波。受質量場量子性的影響，原子核向電子傳輸的軌道角動量具有量子化特性，由此決定了核外電子軌道量子化。可以說，粒子的形態場假說填補了玻爾氫原子模型從經典力學到量子力學的理論空白。
在原子內部，當核外電子從高能量軌道向低能量軌道躍遷時，其電場和質量場將同時對外輻射能量，這就是電磁波。即是說，電磁波是由電場波和質量波復合而成。又由於電場方向垂直於電子躍遷的徑向方向，所以電磁波表現出了了橫波特性。在塞曼效應中，電磁波在磁場中發生偏振，反映出來的就是質量波特徵。
如若一個電子的電場與質子的電場直接發生作用，就會形成一個中子。但是中子是不穩定的，因為構成這個復合粒子的電子與質子的質量場方向是相反的，兩者之間產生排斥作用，因此中子形成之後很快就會發生衰變。
在原子核中，所謂質子與中子的強相互作用，實際上是一個電子中和了一個質子的電場使其呈中子態，相臨質子由於電場排斥力消失，質量場相互吸引而發生的作用。由於中子存在著自發衰變的傾向，所以電子是以動態形式往來於兩個質子之間的。原子核中的動態電子在數量上具有一定的飽和性，當超過核子的相應需要時，原子核將發生衰變。在電子與質子的結合、分離過程中，始終伴隨著中微子的吸納與釋放，這種由電子與中微子組合的粒子，就是湯川秀樹在理論上預言的π介子。
在原子核的結構上，核子間質量場的作用結果，必將使核子排列在一個空間平面內。當核子數較大時，這種單層平面就會顯得非常脆弱，極易發生斷裂，一種最佳選擇是把這個平面折疊起來。若兩個核子平面重疊，且上下兩層質子的電場方向一致，那麼，兩個層面的質子電場仍將處在吸引狀態，原子核不會發生分裂。
因此可以斷定，由核子質量場的相互作用，產生了同一平面核子的吸引力；由質子電場的相互作用，提供了層與層核子間的結合力，這就是強相互作用的本質。可見，由形態場構建的原子核模型，像樓房一樣，是多層次的，核子之間有游動的電子，同層之間、層與層之間結合力的性質是不同的，質量場和電場在各自發揮著作用。由諸核子疊加的原子核電場是一維的，而其質量場仍是二維的平面場。核子的有序排列構成了原子核大廈，原子核大廈因其結構不同，使原子核表現出了各種不同性質。
由於二維質量場都是矢量場，因此原子核（質子）質量場間存在著吸引與排斥兩種作用。兩個氫原子結合成一個氫分子，就是氫核（質子）間的質量場矢量方向相同，而相互吸引的結果。自然界矢量質量場間的相互作用，所表現出的宏觀效應就是物體的萬有引力。
按理說，矢量質量場間存在著兩種作用形式——吸引或排斥，為什麼自然界宏觀物體卻只表現出了「引力」效應呢？
為了回答這一問題，讓我們做一個假想實驗。假設在一定空間范圍內，隨機分布著許多條形磁鐵，它們的磁場強度大致相同，彼此間發生著相互作用。試問：過一段時間後，這些磁鐵將如何分布呢？按常理推測，由於每塊磁鐵都有N、S兩極，同極相斥、異極相吸，隨機分布的每塊磁鐵所受到的吸引與排斥的幾率相同，因此可以得出結論，這些磁鐵仍保持無規則的隨機分布狀態。
然而，如果通過試驗檢測可以發現，上述推論是錯誤的。因為磁鐵間的相互作用是動態的，在磁鐵相互作用過程中，每塊條形磁鐵都在時刻調整著自己的方位，當兩塊磁鐵同極相對時，斥力將使磁極馬上改變方向，以減小力的排斥；當兩塊磁鐵異極相對時，就會相互吸引而靠近，這樣，勢必會產生一種聚攏趨勢。於是，引力效應將漸漸突顯出來，而斥力效應將逐漸減弱。過一段時間後，必然會出現這樣一種情形，所有磁鐵都在向一起聚集，最後聚合為一體。就是說，雖然條形磁鐵間存在著兩種作用形式——吸引與排斥，但最終只能出現一種作用結果，即所有條形磁鐵都在「引力」作用下聚合在一起。
物質矢量質量場間的作用模式與磁鐵的相互作用模式相同，每個原子核（質子）都相當於一個條形磁鐵，其矢量質量場間存在著吸引與排斥兩種作用形式。當這些質量場發生作用時，原子核（質子）就會像條形磁鐵一樣，不停地調整自己的方位，最終將產生一種動態作用結果，所有原子都向一起聚集，這就是宏觀物體的萬有引力效應。可見，萬有引力是蛻變了的質量場作用效應，是矢量質量場間排斥與吸引兩種作用效應動態平衡後的結果。由此也就不難理解萬有引力作用強度較弱的原因了。
每個電子都攜有兩種形態場，導體內做定向運動的電子形成電流，這些電子不僅一維電場方向相同，而且二維質量場的矢量方向也一致，因此定向運動的電子在導體周圍形成了旋轉質量場。旋轉的質量場必將表現為相應的場能效應，這就是我們看到的通電導體「激發」出的磁場。就是說，磁場的本質是旋轉質量場效應，磁場的場能來自於電子的自旋。據此推理，原子的磁場主要來自於原子核，是原子核旋轉的質量場使原子具有了磁性，而所謂的安培分子電流是不存在的。矢量的質量場具有同方向相吸，逆方向排斥的特性，由此決定了磁場同極相斥、異極相吸的作用規律。
磁場的極性是由質量場的旋轉方向決定的。按照電磁學的理論定義，通電螺線管產生磁場的極性用安培定則判定，即用右手握螺線管，讓四指彎向螺線管中電流的方向，則大拇指所指的那端就是螺線管磁場的北極（N極）。如果用磁力線描述單匝螺線管的磁場，從導線截面上看，磁力線已閉合為同心圓，由此可以判定，閉合的磁力線方向對應於正電荷的右手旋方向（以右手拇指指向電荷的運動方向，彎曲的四指則為磁力線方向）。而實際上，帶有正電荷的粒子都是左手旋粒子，質量場以左手旋繞一維電場旋轉；所以，若要以質量場的旋轉方向判定磁場的N極方向，就必須改用左手定則，即左手彎曲與旋轉質量場方向一致，其拇指所指方向就是磁場的N極方向。就是說，理論定義的磁力線方向與質量場的旋轉方向正好相反。這是一條普適性原則，對自然界中的一切物體都適用。
磁場的本質是旋轉的質量場，因而通電導體在其周圍激發出了磁場；反過來，當導體在磁場中運動時，磁場必將對導體中自由電子的質量場發生作用，使其移動而形成電流，這就是電磁感應現象。感生電流的產生，是導體中自由電子的質量場對外界磁場的反作用過程，電流的方向適用於右手定則；用楞次定律表述為：閉合迴路中感應電流的方向，總是使它產生的磁場去阻礙引起感應電流的磁通量的變化。這一作用過程符合能量轉化與守恆定律。
磁場還可以與運動的電荷直接發生作用。在實驗室中可以觀察到，運動的帶電粒子在磁場中發生了偏折，這是兩個矢量的質量場直接作用的結果。由於帶有正電荷的粒子為左手旋粒子，帶有負電荷的粒子為右手旋粒子，因此，根據旋轉質量場對所形成磁場極性的定義，可以判斷出帶電粒子的偏折方向。通電導體在磁場的作用下發生運動，也屬於這種運動形式，這種機械運動的能量，來自於導體內定向運動電子的質量場對磁場的反作用。
3. 地磁場的起源與變化規律
自然界中普遍存在著物質旋轉現象，如星系的旋轉、星體的自轉、海水漩渦、大氣渦旋和基本粒子自旋等。這些物體的旋轉都伴隨著質量場的旋轉，因而都將產生磁效應，這就是太陽黑子、地球上的各種海水漩渦、大氣渦旋產生磁場的原因。當然，宇宙中的各種天體及天體系統也不例外，地磁場就是地球在自轉過程中形成的。根據地球的自轉方向，運用左手定則可以作出判斷，地磁場的N極方向指向地理南極。
須要說明，在宏觀世界中，矢量的質量場已經退化，取而代之的是萬有引力場，因此，宏觀物體旋轉形成的磁場，其強度隨著質量場強度的下降而減弱。下降的數量級基本相當於電磁力與萬有引力之比，這也是在現有實驗條件下，沒有觀察到旋轉物體產生磁場的原因。
地磁場是我們最熟悉的宏觀物體產生的磁場，下面我們就用旋轉質量場理論，釋析地磁場的分布與變化規律。
地磁場的形成具有一定特殊性，按照旋轉質量場假說，地球在自轉過程中產生磁場。但是，從運動相對性的觀點考慮，居住在地球上的人是不應該感受到地磁場的，因為人靜止於地球表面，隨地球一同轉動，所以地球上的人是無法感覺到地球自轉產生的磁場效應的。那麼，人們在地球表面所測得的地磁場又是怎麼回事呢？
原來，我們通常所說的地磁場只能算作地球表面磁場，並不是地球的全球性磁場（又稱空間磁場），它是由地核旋轉形成的。地球的內部結構可分為地殼、地幔和地核。美國科學家在試驗中發現，地球內外的自轉速度是不一樣的，地核的自轉速度大於地殼的自轉速度。也就是說，地球表面的人雖然感覺不到地球的自轉，但卻能感覺到地核旋轉所產生的質量場效應，就是它產生了地球的表面磁場。科學家在研究中還發現，地核的自轉軸與地球的自轉軸不在一條直線上，所以由地核旋轉形成的地磁場兩極與地理兩極並不重合，這就是地磁場磁偏角的形成原因。
科學家們在對地磁場的研究中發現，地磁場是變化的，不僅強度不恆定，而且磁極也在發生變化，每隔一段時間就要發生一次磁極倒轉現象。
早在二十世紀初，法國科學家布律內就發現，70萬年前地磁場曾發生過倒轉。1928年，日本科學家松山基范也得出了同樣的研究結果。第二次世界大戰後，隨著古地磁研究的迅速發展，人們獲得了越來越多的地磁場倒轉證據。如岩漿在冷卻凝固成岩石時，會受到地磁場的磁化而保留著像磁鐵一樣的磁性，其磁場方向和成岩時的地磁場方向一致。科學家在研究中發現，有些岩石的磁場方向與現代地磁場方向相同，而有些岩石的磁場方向與現代地磁場方向正好相反。科學工作者通過陸上岩石和海底沉積物的磁力測定，及洋底磁異常條帶的分析終於發現，在過去的7600萬年間，地球曾發生過171次磁極倒轉。距今最近的一次發生在70萬年前，正如布律內所指出的那樣。
地磁場的兩極為什麼會發生倒轉呢？根據地磁場起源理論，本文認為，地磁場磁極之所以發生倒轉，是由地核自轉角速度發生變化而引起的。我們知道，地殼和地核的自轉速度是不同步的，現階段地核的自轉速度大於地殼的自轉速度。然而，5.8億年前，情況卻不是這樣，那時地球表面呈熔融狀態，月球也剛剛被俘獲，地球從里到外的自轉速度是一致的，地球表面不存在磁場。但是，隨著地球向月球傳輸角動量，地球的自轉角速度越來越小。同時，地球也漸漸形成了地殼、地幔和地核三層結構。地球自轉角動量的變化首先反映在地殼上，出現了地殼自轉速度小於地核自轉速度的情形。這時，在地球表面第一次可以感受到磁場的存在，地核以大於地殼的自轉速度形成了地磁場。按照左手定則，磁場的N極在地理南極附近，磁場的S極在地理北極附近。地殼與地核自轉角速度不同步，這種情形並不能長久地保持下去，地核必然通過地幔軟流層物質向地殼傳輸角動量，其結果是地核的自轉角速度逐漸減小，地殼的自轉角速度逐漸增大。當地殼與地核的自轉角速度此增彼減而最終一致時，地磁場就會在地球表面消失。地核與地殼間的角動量傳輸並不會到此為止，在慣性的作用下，地殼的自轉角速度還在繼續增大，地核的自轉角速度繼續減小，於是出現了地殼自轉角速度大於地核自轉角速度的情形。這時，在地球表面就會感受到來自地核逆地球自轉方向的旋轉質量場效應。按照左手定則判斷，新形成的地磁場的N極在地理北極附近，S極在地理南極附近。從較長的時期看，整個地球的自轉速度處在減速狀態，但地殼與地核間的相對速度卻是呈周期性變化的，這就是每隔一段時間地球磁場就要發生一次倒轉的原因。
據測定，地磁場發生倒轉前有明顯的預兆，地球的磁場強度減弱直至為零，隨後，約需一萬年的光景，磁場強度才緩緩恢復，但是，磁場方向卻完全相反。目前，地球磁場強度有逐漸減弱的趨勢，在過去的4000年中，北美洲的磁場強度已減弱了50%，這說明地核相對地殼的速度差正在縮小。
值得說明的是，無論地球表面測得的地磁場方向如何發生變化，但是，在太空中地磁場的方向卻始終是不變的。因為在太空中測得的地磁場，是整個地球自轉產生的旋轉質量場效應，並不會因為地殼與地核相對速度的改變而發生變化。根據左手定則，在太空中測得的地磁場的N方向始終在地理南極上空。
在電磁感應效應中，通電導體產生的磁場強度與電流強度成正比，即與導體內「定向移動」的自由電子數目成正比。而每個電子的自旋角動量又是恆定的，所以磁場強度實際上是與所有電子的自旋角動量之和成正比。同理，宏觀物體產生的磁場強度，也應與旋轉質量場的角動量成正比，即與物體的質量和自旋角速度成正比，與質量場的旋轉半徑（觀測點到物體質心的距離）成反比。用公式表示為：
H = f mω/r = f 0 m / T r
(f 0為常數，T為自轉周期，r為旋轉質量場半徑)
根據這一公式，在地球表面測得的磁場強度H，只與地核的質量成正比，角速度ω的取值為地殼與地核自轉角速度之差，r為地球的半徑（地磁場強度為5×10-5特斯拉）。而地球在太空中形成的空間磁場，其磁場強度與整個地球的質量成正比，與地球的自轉角速度成正比（近似值），與觀測點到地球中心的距離成反比。因此，在近地球的宇宙空間，地球所形成的空間磁場強度大於地表的磁場強度。空間磁場的最大特點是磁極恆定，不會像地球表面磁場那樣發生磁極倒轉現象。
由於空間磁場的存在，且有很高的強度，因此使太陽風中大量的帶電粒子發生了偏折，在地球兩極產生了極光。目前，科學家們通過人造衛星發現了地球外層空間存在著「磁層」和「輻射帶」。磁層像一個頭朝太陽的蛋形物，在太陽風的作用下顯得極不對稱，朝向太陽的一面，離地心距離只有8—11個地球半徑左右，在背向太陽的一面，則延伸到遠遠超過地月之間的距離。
地球只是太陽系中的一顆普通星體，因此地磁場的起源理論對於太陽系中的其他天體也同樣適用。
月球，地球唯一的一顆天然衛星，過去，人們一直以為月球沒有磁場，但阿波羅太空船的宇航員取回的月球岩石顯示，月球一度有過磁場，其後又神秘消失了。關於月球的磁場，可以這樣解釋，月球曾有過一個熾熱的月核，月核的自轉速度快於整個月球的自轉速度，因而形成了月球的早期磁場。經過幾億年後，隨著月球內部熱量的散失，月核慢慢凝固了，與月殼結為了一體，月球內外的自轉速度已趨於一致，這時月球的磁場自然就消失了。
⑵ 物理學發展史是怎樣的
從遠古到公元5世紀屬古代史時期；5—13世紀為中世紀時期；14—16世紀為文藝復興運動時期；16—17世紀為科學革命時期，以N.哥白尼、伽利略、牛頓為代表的近代科學在此時期產生，從此之後，科學隨各個世紀的更替而發展。近半個世紀，人們按照物理學史特點，將其發展大致分期如下：
①從遠古到中世紀屬古代時期。
②從文藝復興到19世紀，是經典物理學時期。牛頓力學在此時期發展到頂峰，其時空觀、物質觀和因果關系影響了光、聲、熱、電磁的各學科，甚而影響到物理學以外的自然科學和社會科學。
③隨著20世紀的到來，量子論和相對論相繼出現；新的時空觀、概率論和不確定度關系等在宇觀和微觀領域取代牛頓力學的相關概念，人們稱此時期為近改肆代物理學時期。
擴展粗埋資料：
物理學來源於古希臘理性唯物思想。早期的哲學家提出了許多范圍廣泛的問題，諸如宇宙秩序的來源、世界多樣性和各類變種的起源、如何說明物質和形式、運動和變化之間的關系等。
尤其是，以留基岩殲螞波、德謨克利特為代表，後又被伊壁鳩魯和盧克萊修發展的原子論，以及以愛利亞的芝諾為代表的斯多阿學派主張自然界連續性的觀點，對自然界的結構和運動、變化等作出各自的說明。原子論曾對從18世紀起的化學和物理學起著相當大的影響。
經典物理學形成之初，磨鏡與制鏡工藝對物理學與天文學都有過幫助和促進。早先發明的眼鏡以及在1600年左右突然問世的望遠鏡、顯微鏡，為伽利略等物理學家觀測天體帶來方便，也促使菲涅耳、笛卡爾、牛頓等一大批光學家作出幾何光學的研究。
後者的成就又促成反射望遠鏡、折射望遠鏡和消色差折射望遠鏡在17—18世紀紛紛問世。各種望遠鏡的進步又推動物理學的發展，如用它觀察木衛蝕、發現光行差等。當牛頓建立起經典力學大廈時，現代一切機械、土木建築、交通運輸、航空航天等工程技術的理論基礎也得到初步確立。
18世紀60年代開始的工業革命，以蒸汽機的廣泛使用為標志。起初，蒸汽機的熱機效率僅為5%左右，為提高蒸汽機的效率，一大批物理學家進行熱力學研究。J.瓦特曾根據J.布萊克的「潛熱」理論在技術因素上（加入冷凝器）改進蒸汽機。
但是，當時尚未有人認識到汽缸的熱僅僅部分地轉化為機械功。此後，卡諾建立了熱功轉換的循環原理，從理論上為熱機效率的提高指明了方向，也因此在19世紀下半葉出現了N.奧托和R.狄塞爾的內燃機。
除了物理學與技術之關系外，在科學發展史上，物理學與鄰近的天文學、化學和礦物學是密切相關的，而物理學與數學的聯系更為密切。物理學的概念、理論和方法，也幫助其他學科的建立與發展，如氣象學、地球科學、生物學等。物理學與哲學的關系也十分特別。