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將人放進強磁場會出現什麼現象?科學家用青蛙實驗,獲得反重力蛙


森羅萬象官方森羅萬象官方綜述:提到“磁場”,很多人會聯想到磁鐵和鐵制品,而對於其他東西,比如人體、動物等生物體,我們就很難將二者聯系在一起。...

- 2021年9月06日04時55分
- 科學文摘 / 森羅萬象官方

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綜述:

提到“磁場”,很多人會聯想到磁鐵和鐵制品,而對於其他東西,比如人體、動物等生物體,我們就很難將二者聯系在一起。

這些聯想與判斷皆是源自於尋常生活中不斷觀察下來所積累的經驗,只在一定範圍內去使用的確沒有什麼問題,但是如果將某個參數變得過大或過小,便可能在某些事物上產生微妙又令人不可思議的聯系。

比如:如果將生物體放在一個強度遠超過日常生活所能接觸到的超強磁場中,會發生什麼情況呢?

材料的三種磁性

所有材料的磁性可以分為三種:鐵磁性、順磁性和抗磁性。

鐵磁性

這應該是我們最熟悉的一種磁性了,易被磁鐵吸引的鐵、鈷、鎳金屬就屬於這一類。基態原子內部各個能級電子均為偶數(每個軌道被兩個電子占據),且每個軌道兩個電子自旋方向相反,它們的磁矩可以相互抵消。

但這三種金屬最外層電子數是奇數(根據宏特規則,ⅤⅢ元素如鐵:3d54s1,最外層N的4s能級為半充滿狀態有一個電子,次外層M的3d能級也為半充滿狀態,有5個電子,均為基數),多餘出來的那個電子會獨自產生微小的磁矩,但這磁性平常並不會表現出來,因為在外界沒有磁場作用的條件下,外層電子的運動是混亂的,所以磁矩也會被抵消。而一旦對其加以磁場作用,各個電子運動就會趨於有序,磁矩指向同一方向,多餘的電子也就會對外表現出磁性。

順磁性

順磁性材料常見的有鋁、硼、氧氣等。與鐵磁性材料相似,它們的原子最外層也有一個電子,因此有微小的磁矩可表現出磁性,但由於這個單電子經常與其他原子外層的單電子糾纏,磁矩相互抵消削弱,就使其磁性非常微弱,在生活中很難感受到。

抗磁性

顧名思義,這種材料自身產生的磁場會與外界施加的磁場相互排斥。這類材料種類繁多,常見的水、木頭和任意有機體都屬於抗磁性材料。這種材料的原子外層電子數為偶數,成雙成對便可抵消磁矩,對於外界而言呈磁中性。

大膽的人,大膽的實驗

安德烈·海姆出生在俄羅斯(前蘇聯),畢業後在俄羅斯的一家研究所工作,但心中擁有更加遠大理想的他,並看不上所裏的那些研究課題,同時也是認為研究所裏的工資太低,於是後來輾轉多地。最終被荷蘭的一所大學聘為副教授,開啟了他真正的研究征程。

一次偶然的機會,安德烈對磁懸浮技術產生了興趣,而在當時磁懸浮技術已經比較成熟,基本沒有什麼新穎課題可以做,但是安德烈想要做的,是否定一百多年前科學家Earnshaw的觀點—單靠永磁鐵不能使一個物體在六個自由度上都保持懸浮的平衡狀態(六個自由度即上、下、左、右、前、後)。

經過多方准備,不顧其中的風險,大膽的安德烈決定重啟多年以前失敗過的“磁化水”實驗。這次在他自己的實驗室展開,並且有一批優秀的研究員輔助。安德烈將一滴水滴入一個嵌有永磁鐵並可以產生強大磁場的儀器中,令人吃驚的事,這滴水並沒有流下或是進入儀器中損壞儀器,而是靜靜地懸浮在其中,就這樣,初次實驗順利成功。但安德烈的探索並未止步於此,很快,他就將目光鎖定在生物體身上。

安德烈選擇的首個活體動物是青蛙。1977年,他將一只青蛙放入一個螺線管內,因為青蛙的重量比一滴水大得多,所以需要該螺線管產生非常強大的磁場。最終,成功產生了16T的磁場。

這是個什麼概念呢?地球磁場強度為3×10-5T,即0.00003T,普通磁鐵附近場強為0.001T,磁積能僅次於絕對零度下的鈥磁鐵的釹磁鐵則為1.4T,也就是說,提供給青蛙的場強相當於普通磁鐵的160000倍。

在先進的儀器和實驗人員的精准操控下,這只青蛙不負眾望,成功抵消了重力,在螺線管內懸浮了起來,成為了一只“反重力青蛙”。而他也因此在2000年獲得了“搞笑諾貝爾獎”,在十年後,他成功獲得了真正的諾貝爾物理學獎。

驗實踐於人的可能性實

經過反重力青蛙的實驗,證明了生物體可以在強磁場環境中懸浮起來,而且這種懸浮狀態與宇航員在太空中的失重狀態類似,這可以成為在地面訓練宇航員的新途徑,而現有的在地表模擬失重環境的只有從高空自由落體,費時費力,模擬時間也不夠長。如果證明可行,將會使宇航員訓練效果更佳,我們普通人也有機會體驗失重感。

然而,如果讓人及其所穿戴的裝備懸浮起來,需要比反重力青蛙實驗中更強的磁場,截止到今年,人類制造的最大磁場場強約為1200T,但它只持續了萬分之一秒,且產生了爆炸,因此不能作為參照。

而如今能夠產生的最大且較為穩定的磁場約為50T,很明顯,它也無法滿足設想場景。同時,強烈的磁場是否會對人體產生不良損傷很難判斷,但一定會對電子產品造成影響,一旦出現紕漏,後果不堪設想。也就是說,由於技術限制,人類還無法做到讓人體在強磁場中懸浮。

結語

強磁場在發現新現象和認識新現象方面具有重要作用,但前提是人們要有像安德烈一樣的探索精神和進取心,敢於挑戰,忠於理想,踐於現實。

所有的技術,所有的理論,只有被人類牢牢掌握,才能發揮出最大功效,與其說反重力青蛙神奇,倒不如說安德烈反其道而行之的大膽實驗令人傾佩。我們也不能只憑借生活中的一點經驗就斷然認為某些事情不會發生,要學會打破常規“逆天而行”,成功的人,也常常是打破常規的人。

誠然,如今的技術無法滿足人們在磁場中感受反重力,但在百年以前誰又能想象到青蛙能在地表懸浮呢?時代在發展,技術也在不斷精進,相信終有一天人們會在地球表面的某個房子裏穿著便裝,自由地感受失重的神奇。


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