物理学家把不可能变为可能:远程制造和取消磁场

据国外媒体报道,科学家们已经找到一种从远处制造和取消磁场的方法:让电流通过一个特殊的电线装置,可以产生一个磁场源像是来自其他地方的磁场。这种错觉有它的实际应用:磁性纳米粒子制成的胶囊包裹着抗癌药物,直接将药物送达人体内深处的肿瘤部位。

在肿瘤部位放置一块磁铁来引导纳米颗粒的前进路线,这几乎是不可能的。但是我们如果可以在人体外,以肿瘤为中心创造一个磁场,那么我们就可以跳过侵入性过程直接给药。

磁场的强度随着与磁体的距离增加而减弱。以及,1842年证明的恩绍定理认为,在空无一物的空间里不可能产生最大磁场强度。

“如果你不能在空无一物的空间里产生最大磁场,那么这也意味着除非目标位置有实际的磁场源,否则你就无法远程创造磁场,”负责这项新研究的罗莎·马赫-巴特勒说。巴特勒目前是意大利生物分子纳米技术中心的一名物理学家。

但是,马特-巴特勒和她的同事们认为,他们或许可以解决这个问题。在一项光学研究中,研究人员使用一种被称为“超材料”(具备天然材料所不具备的性质)的工程材料,来突破光波带来的分辨率限制。受这项光学研究的启发,马特-巴特勒和同事们猜想,假设的磁性材料或许也可以让磁场中的不可能变为可能。

他们预想了一种磁导率为负1的材料。材料的磁导率表示该材料在磁场中增加或减弱磁场的能力。当材料的磁导率为负1时,材料内感应的磁化方向将与初始磁场的方向恰好相反。

当然,依靠一种并不存在的材料来感应磁场,这种新方法并不是特别有用。但是即便不存在这种磁导率为负的假想材料,物理学家依然可以创造出一种临时“材料”:使电流通过一组精心设计的电线。因为电流可以产生磁场,反之亦然,这是麦克斯韦电磁方程组的结果。

“最终,我们没有使用任何材料,而是使用一组精心设计的电流,可以将其视为活性超材料,”马赫-巴特勒说。

为了实现远程制造磁场,马赫-巴特勒和她的团队设计了一个中空的圆柱体,圆柱由20根电线围绕一根长长的内部电线构成。电流通过这些电线时,会产生一个磁场,看起来仿佛那根长长的内部电线位于设备之外似的。事实上,磁场源并非在设备外部,但磁场本身和外部磁场源产生的磁场真假难分。

“我们制造了这种假象,让磁场源看起来像是在远处,”马赫-巴特勒说。

但是这个方法在现实世界中的应用价值仍不明朗。这个系统的一个怪异之处是,筒状电线和远处磁场之间存在一片磁场非常强的区域。马赫-巴特勒说,这个区域会干扰研究中的部分应用,但这是否成问题可能取决于研究人员对磁场的应用。

除了给药之外,这个新方法的可能应用还包括远程取消磁场。在量子计算领域,这个技术有助于消除外部磁场产生的“噪音”,这些噪音会干扰实验测量。另一个应用或许是改善经颅磁刺激。经颅磁刺激使用磁体刺激大脑中的神经元来治疗抑郁症。远程控制磁场可以改善经颅磁刺激的精确性,因此医生可以更准确地观察人脑的特定区域。

研究人员接下来希望设计一种电线装置,以便远程产生3D磁场。

来源:新浪科技

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