為什麽磁鐵隻吸鐵，而對金、銀、銅、鋁似乎都沒有什麽反應呢？
當然，嚴格來說，磁鐵不光吸鐵，還吸鈷和鎳。吸鐵石之所以隻吸引這幾種金屬，是因為隻有這些金屬原子內部的電子結構，可以讓磁場對它們有肉眼可見的作用。
我們知道，原子的結構是帶負電的電子圍繞帶正電的原子核運動，電子數等於原子核帶正電的數量，所以原子整體是呈中性不帶電的。但是那麽多個電子圍繞原子核是怎麽運動的呢？量子力學告訴我們，電子在原子核外圍的運動是分層的。每層當中可以安放的電子數量是不同的，譬如根據量子力學的計算，原子核外第一層，也是電子層的最內層，可以放兩個電子，第二層可以放8個電子，第三層可以放18個電子，等等。
這裏我們必須引用前麵提到過的能量最低原理，一個原子的穩定態，一定對應它能量最低的狀態，所有電子其實都傾向於待在內層，因為內層的能量低，所以更穩定。那為什麽不是所有電子都在最內層，而是會出現最內層隻能有兩個電子，外層卻擁有更多電子的情況呢？這裏還要介紹另外一個物理學知識，叫泡利不相容原理。這個原理是奧地利物理學家泡利發現的，泡利也因為這個成果，在愛因斯坦的推薦下，獲得了1945年的諾貝爾物理學獎。
泡利不相容原理說的是，在一個物理係統中，不能有兩個費米子處在同一狀態，至於什麽是費米子，我們之後再討論，這裏你隻需要知道電子是一種費米子。有了這個原理之後，我們就能解釋為什麽原子的內層隻能放兩個電子了。原子的內層隻有一個電子軌道，電子隻要在這個軌道裏，它的能量和其他狀態都被唯一確定了。那麽根據泡利的不相容原理，這個軌道裏隻能存在一個電子，為什麽還能放第二個電子進來呢？因為自旋，電子是有磁性的，你可以把它當成一個小磁針，磁針有南北極，一個電子軌道之所以可以放兩個電子，就是因為一個電子進來以後，它可以是北極朝上或者南極朝上，第二個電子進來的話，隻要磁極的指向跟第一個電子相反就可以了，隻要這兩個電子的磁極指向相反，它們的狀態就不完全相同，就不違背泡利不相容原理。內層軌道可以放兩個電子，但是第三個電子就放不進來了，因為第三個電子的磁極指向不是南極向上就是北極向上，另外兩個電子中必然有一個與它相同，根據泡利不相容原理，第三個電子進不來。