解释一下那块日常的磁铁
顺磁体只在你给它加着磁场时才显出磁性。但一块冰箱贴在没有任何东西推它的情况下也保持磁性——把它取下来，明天它依然是一块磁铁。这是一种全然不同、也强得多的现象，叫做铁磁性（其英文得名于拉丁文中表示「铁」的 *ferrum*）。这全部的区别归结为一个问题：那些微小的原子指南针，会不会在没有外界磁场指挥的情况下，自己就达成一致？
在铁磁体里，它们确实会。海量的原子磁矩自发地彼此平行排列，无需指挥就全都朝同一方向。把万亿支齐刷刷指向同一方向的小箭头加起来，你就得到一块强大的净磁铁——强到能吸起钉子、啪地贴上钢门。这种自发形成的对齐叫做自发磁化，它是每一块永磁体的秘密。
让自旋彼此合作的隐藏力量
谜题在这里。两块普通的条形磁铁并排放在一起时，其实更愿意指向相反的方向——拿两块冰箱贴试试就知道了。那么，原子磁铁为什么反倒会选择朝同一方向排列呢？它们之间普通的磁力实在太弱，根本无法在热的不断撞击下做到这一点。必定有某种强得多的东西在起作用。
这「某种东西」就是交换相互作用。它纯粹是量子力学的，在日常生活里找不到对应物，所以坦白说：它确实古怪。它源自两条深刻的规则。其一，电子被禁止处在完全相同的状态里（泡利不相容原理）。其二，电子之间带电相斥。把这两条放在一起，当相邻电子的自旋指向同一方向时，材料反而能降低自身的能量，因为这样的安排能让它们彬彬有礼地保持距离。
当交换相互作用偏好自旋平行时，你就得到一个铁磁体。铁、钴、镍是室温下著名的三剑客。在大多数其他材料里，交换作用要么太弱，要么实际上偏好反向排列——而那恰恰是下一篇的故事。
热终将获胜：居里温度
交换作用建立秩序；热则与之对抗。当你加热一个铁磁体时，热运动越来越剧烈地推搡自旋，把一些撞得乱了步调。磁性随之减弱。在某个尖锐、特殊的温度上，它彻底崩塌：自旋再也维持不住它们的一致，秩序消融，材料变回一个普通的顺磁体。这个临界点就是居里温度，得名于皮埃尔·居里。
秩序在一个精确温度上的消失，是一次货真价实的相变，与冰融化成水一样真实。在居里温度以上，磁性干脆消失了；冷却回到它以下，自发磁化又会回来。对铁而言，居里温度高达灼热的 770 摄氏度，这正是为什么你的冰箱贴在温暖的厨房里安然无恙。
高温区的一条规则：居里-外斯
即便在居里温度以上、秩序已不复存在之处，交换相互作用也并未消失——它只是输给了热。它残留的影响，体现在材料对磁场的响应方式上。此时磁化率不再遵循简单的顺磁体规则，而是服从居里-外斯定律。说得直白些，这条定律告诉我们：当你把材料冷却、靠近居里点时，它会变得急剧地更敏感，仿佛自旋正绷紧着想要建立秩序，只差温度再降一降。
susceptibility ≈ C / (T − Θ) T = temperature now Θ = a temperature near the Curie point C = a constant for the material As T falls toward Θ, the bottom shrinks → the response blows up.
这在实验室里好用得很。通过在一系列温度上测量磁化率、看看居里-外斯曲线指向何处，科学家就能读出交换相互作用的强度、甚至它的正负号——早在材料真正建立起秩序之前就能办到。一条曲线的形状，就告诉了你手里拿着的是哪一种磁体。
把它串起来
一块真正的磁铁，是一个由原子指南针组成的「民主社会」，它们全都同意指向同一个方向。这份共识由量子交换相互作用强制维系，以电能为代价，而它只能在热保持于居里温度以下时存活。低温、有序、对齐：这就是铁磁体。把它加热越过居里点，它就会遗忘，消融成一个普通的顺磁体——直到你让它冷却、重新记起。
我们自始至终都假定，交换相互作用想要邻居指向同一方向。但那只是一种选择，而非一条定律——量子「账目」也完全可以反过来、偏好相反的方向。一旦如此，自旋依然会优美地建立秩序，只不过是排成一种交替的图案，把自己的磁性对世界藏了起来。这个出人意料的可能性，恰恰就是下一篇的起点。