Как передается сила, когда магнит притягивает железо?

Короче говоря, тип магнетизма ( ферромагнетизм ), о котором вы говорите, вызван макроскопическим выравниванием магнитных моментов электронов в металле. Когда магнит приближается к другому магниту, эти диполи соединяются и притягиваются, если другой материал не является магнитным, такой связи не происходит, и притяжения нет. Некоторые материалы являются парамагнитными, что означает, что близкое магнитное поле может индуцировать в них противоположный (и притягивающий) диполь.

Это просто еще одна ветвь электромагнитного взаимодействия, опосредованная фотонами.

Согласно физике элементарных частиц, у каждой фундаментальной силы есть частица-носитель силы. Фотон является частицей-носителем электромагнитной силы, но как сила передается, когда железо квантово-механически приближается к магниту?

Подробный механизм описывается очень сложной теорией квантовой электродинамики (сокращенно КЭД).

Теперь я искал относительно простое объяснение или обзор этого и не нашел ничего, что мне понравилось бы (или чувствовал, что вы были бы довольны). Однако я нашел этот очень короткий фрагмент интервью с Ричардом Фейнманом (который был одним из ключевых разработчиков КЭД) по этому вопросу и почему его так сложно объяснить неспециалисту . Стоит сказать, что если этот парень не может объяснить это просто, я бы даже не пытался - он знал об этом больше, чем я когда-либо узнаю, и гораздо лучше объяснял это неспециалистам. Короче говоря, это трудно объяснить людям, потому что у них нет повседневных знаний здравого смысла, которые они могли бы иметь отношение к КЭД.

Это видео может дать вам некоторое представление о том, что происходит с магнетизмом, и это самая близкая вещь, которую я смог найти, которая пытается объяснить вещи, не погружая кого-то в несколько больших томов сложной математики.

Почему магнит начинает прикладывать силу, когда его подносят к железу, но не действует ни на какое другое вещество?

Всегда есть электромагнитное поле, просто одни вещества взаимодействуют с ним меньше, чем другие. Некоторые не взаимодействуют или практически не взаимодействуют с электромагнитными полями, тогда как некоторые взаимодействуют.

Просто классическое описание магнетизма довольно сложное, и вы можете начать здесь, в Википедии .

Поведение, например, компаса вблизи железа можно описать с помощью классических теорий магнетизма без необходимости углубляться в квантовую теорию.

Почему магниты притягиваются и отталкиваются друг от друга с точки зрения квантовой физики и физики элементарных частиц?

Опять же, это очень сложная теория КЭД, и нецелесообразно пытаться объяснить ее в кратком ответе, подобном этому.

И почему они притягиваются к железным предметам с точки зрения квантовой физики?

Опять же, просто вездесущее электромагнитное поле сильнее взаимодействует с некоторыми материалами, чем с другими.