磁场具有一项基本规律:磁场的强度随着与磁体的距离增加而减弱。恩绍定理指出,在空无一物的空间里不可能产生最大磁场强度,该定理被英国数学家塞缪尔·恩绍于1842年证明。
然而,科学家绕过这个问题,他们找到一种远程制造和取消磁场的方法。
首先,研究人员设想了一种磁导率为负1的材料(注:一种材料的磁导率表示该材料暴露于磁场时增加或减少了多少磁场)。在磁导率为负1的材料中,材料内部产生的磁性的方向与初始磁场的方向相反。虽然现实中不存在这种磁导率为负的假想材料,但物理学家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。最终,科学家没有使用任何材料,而是使用了一种可以被视为一种活性超材料的精确的电流排列方式。
为了从远处创建磁场,科学家创建了一个空心圆柱体,它由大约20根导线围绕着一根长的内部导线组成。当电流通过这些导线时,就会产生一个磁场,看起来就像内部的长导线实际上是在设备外部一样。这就相当于一个双簧表演者发出模仿电磁波的声音,而场源实际上并不在设备外部,但场源本身与设备外部产生的场没有什么区别。
这种让电流通过一种特殊导线排列的方法,可以产生一个磁场源看起来像是来自其它地方的磁场。
想象一下,一种抗癌药物可以通过磁性纳米颗粒制成的胶囊直接输送到人体深处的肿瘤中。要想直接在肿瘤中放置磁铁是不可能的,但如果你能在体外产生一个磁场,使磁场正好集中在肿瘤上,你就可以在不进行侵入性操作的情况下给药、治疗。
除了药物输送之外,可能的应用还包括抵消来自远处的磁场,这项技术可能在量子计算中有用,以减少来自可能干扰测量的外部磁场的“噪音”。另一个用途可能是改进经颅磁刺激,它使用磁铁刺激大脑中的神经元来治疗抑郁症。能够远距离控制磁场可以提高经颅磁刺激的针对性,这样医生就可以更好地专注于人脑的特定区域。
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