为什么磁铁的N极和S极总是成对出现？
磁铁一般都用两种颜色标明N极（北极）和S极（南极），如果从中间把磁铁切开，人们会发现切开成为两块的磁铁仍然各有一对N极和S极。如果再切开，每块仍然会有成对的N极和S极出现。不论把磁铁分割得多么小，N极和S极总是成对出现，无法让一块磁铁只有N极或只有S极。这是为什么呢？
这需要从固体磁性的微观起源来理解。其实材料中的电子本身就具有自旋磁矩——就像一个极其微小的磁铁，而电子像行星绕太阳运动一样围绕原子核运动又会产生轨道磁矩，轨道磁矩和自旋磁矩的叠加形成了电子的总磁矩（原子核本身也有很小的磁矩）。不同的电子排列方式会导致原子本身的磁性大小不同，其中铁、钴、镍、锰、钕等过渡金属和稀土金属元素的磁性较强。
当这些带有磁性的原子在固体材料中排列方向一致时，导致材料整体上显现磁性。比如，我们常见的天然磁石主要成分就是四氧化三铁，就是因为铁的磁矩排列一致形成了强的铁磁性。如果原子本身磁性较弱，材料就很难存在强的磁性。如果材料磁矩排列方式杂乱无章，整体上也不呈现磁性。
了解了磁铁磁性的来源，那就很容易理解为什么N极和S极总是成对出现。由于磁铁整体的磁性来源于在磁铁内部原子的磁性，而原子本身就像微小的磁铁是有N和S两个磁极的，也就是说微观上磁极就是成对出现的，因此，无论宏观上如何切割磁铁，总是会得到两个成对的磁极。
那么，微观上是否存在一种粒子，它仅带有N极或S极之中的某个单一磁极？在电磁学中，人们很早就知道电荷的存在，而带有单一磁极的粒子，物理学家却从未发现。英国物理学家狄拉克早在1931年利用数学公式预言了带有单一磁极的粒子是可以存在的，物理学上称之为“磁单极子”。他认为既然带有基本电荷的电子在宇宙中存在，那么理应带有基本“磁荷”的粒子存在。
电磁学理论最基本的定律是由四个方程所组成的一个方程组——麦克斯韦方程组，它在电磁学中的地位如同牛顿运动定律在力学中的地位，所有的电磁学理论都是以这个方程组为基础的。然而，现有的麦克斯韦方程组是不考虑磁单极子的。
如果证实了存在磁单极子，只需对现有麦克斯韦方程组稍加修改即可，而且令人称奇的是，修改后的方程组反而变得更加对称，也就是说磁单极子的存在会让“电”与“磁”更加对称。这就激发了许多物理学家的研究兴趣，踏上了寻找磁单极子的艰苦征途。历史上曾有多位科学家声称在实验中偶然发现了磁单极子存在的痕迹，遗憾的是从未能重复这些结果。不过，这一切并没能阻止科学家寻找磁单极子的探索脚步。
