物理學家實現了“不可能完成的任務”—遠端創造和消除磁場

據悉，科學家們已經找到了一種從遠處創造和消除磁場的方法。

這種方法包括讓電流透過一種特殊的導線排列，以產生一個看起來像是來自另一個來源的磁場。實際上，這種“錯覺”具有真正神奇的應用價值：想象一下，一種抗癌藥物可以透過磁性奈米顆粒製成的膠囊直接輸送到人體深處的腫瘤中。要想直接在腫瘤中放置磁鐵是不可能的，但如果你能在體外產生一個磁場，使磁場正好集中在腫瘤上，你就可以在不進行侵入性操作的情況下給藥、治療。

磁場的強度會隨著距磁體的距離而減小，於1842年被證明的恩紹定理（Earnshaw‘s theorem）說，不可能在空曠的空間中產生一個最大磁場強度的點。

領導這項研究的科學家告訴我們：“如果你無法在空曠的空間中獲得最大的磁場，就意味著你無法遠端建立磁場，而無需在目標位置放置實際的（磁場）源。”

讓假設成真

然而，科學家們認為他們或許能夠繞過這個問題。他們的靈感來自光學領域的工作，這種工作使用被稱為“超材料”（設計成具有任何自然材料所沒有的特性）的工程材料，以繞過由光的波長設定的解析度限制。同樣，他們認為，假想的磁性材料也可能會使磁場世界中不可能發生的事情成為可能。

研究人員設想了一種磁導率為負1的材料。一種材料的磁導率表示該材料暴露於磁場時增加或減少了多少磁場。在磁導率為負1的材料中，材料內部產生的磁性的方向與初始磁場的方向相反。

當然，一種依賴於不存在的材料來感應磁場的新方法不會特別有用。但是，即使這種具有負磁導率的假想材料並不存在，物理學家也可以從流經特定導線排列的電流中創造出一種臨時的“材料”。這是因為電流感應磁性，反之亦然，這是麥克斯韋電磁學方程的結果。

科學家表示：“最終，我們沒有使用任何材料，我們使用了一種可以被視為一種活性超材料的精確的電流排列方式。”

為了從遠處建立磁場，科學家團隊建立了一個空心圓柱體，它由大約20根導線圍繞著一根長的內部導線組成。當電流透過這些導線時，就會產生一個磁場，看起來就像內部的長導線實際上是在裝置外部一樣。這就相當於一個雙簧表演者發出模仿電磁波的聲音，而場源實際上並不在裝置外部，但場源本身與裝置外部產生的場沒有什麼區別。

科學家表示：“我們製造了一種這種源在遠處的錯覺。”

生物醫學應用

對於這種方法在實際應用中效果如何，仍然存在疑問。該系統的一個奇特之處在於，在金屬絲筒和遠距離磁場之間有一個很強的磁場區域。科學家說，這個區域可能會干擾到研究中的某些應用，是否會產生問題，可能取決於你試圖在這一領域做什麼。

除了藥物輸送之外，可能的應用還包括抵消來自遠處的磁場，這項技術可能在量子計算中有用，以減少來自可能干擾測量的外部磁場的“噪音”。另一個用途可能是改進經顱磁刺激，它使用磁鐵刺激大腦中的神經元來治療抑鬱症。能夠遠距離控制磁場可以提高經顱磁刺激的針對性，這樣醫生就可以更好地專注於人腦的特定區域。

研究人員下一步希望能建立一種能在遠處產生三維磁場的導線結構。

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