物理學家把不可能變為可能：遠程制造和取消磁場

科學家們已經找到一種從遠處制造和取消磁場的方法：讓電流通過一個特殊的電線裝置，可以産生一個磁場源像是來自其他地方的磁場。這種錯覺有它的實際應用：磁性納米粒子制成的膠囊包裹着抗癌藥物，直接将藥物送達人體内深處的腫瘤部位。

在腫瘤部位放置一塊磁鐵來引導納米顆粒的前進路線，這幾乎是不可能的。但是我們如果可以在人體外，以腫瘤為中心創造一個磁場，那麼我們就可以跳過侵入性過程直接給藥。

磁場的強度随着與磁體的距離增加而減弱。以及，1842年證明的恩紹定理認為，在空無一物的空間裡不可能産生磁場強度。

“如果你不能在空無一物的空間裡産生磁場，那麼這也意味着除非目标位置有實際的磁場源，否則你就無法遠程創造磁場，”負責這項新研究的羅莎·馬赫-巴特勒說。巴特勒目前是意大利生物分子納米技術中心的一名物理學家。

但是，馬特-巴特勒和她的同事們認為，他們或許可以解決這個問題。在一項光學研究中，研究人員使用一種被稱為“超材料”（具備天然材料所不具備的性質）的工程材料，來突破光波帶來的分辨率限制。受這項光學研究的啟發，馬特-巴特勒和同事們猜想，假設的磁性材料或許也可以讓磁場中的不可能變為可能。

他們預想了一種磁導率為負1的材料。材料的磁導率表示該材料在磁場中增加或減弱磁場的能力。當材料的磁導率為負1時，材料内感應的磁化方向将與初始磁場的方向恰好相反。

當然，依靠一種并不存在的材料來感應磁場，這種新方法并不是特别有用。但是即便不存在這種磁導率為負的假想材料，物理學家依然可以創造出一種臨時“材料”：使電流通過一組精心設計的電線。因為電流可以産生磁場，反之亦然，這是麥克斯韋電磁方程組的結果。

“最終，我們沒有使用任何材料，而是使用一組精心設計的電流，可以将其視為活性超材料，”馬赫-巴特勒說。

為了實現遠程制造磁場，馬赫-巴特勒和她的團隊設計了一個中空的圓柱體，圓柱由20根電線圍繞一根長長的内部電線構成。電流通過這些電線時，會産生一個磁場，看起來仿佛那根長長的内部電線位于設備之外似的。事實上，磁場源并非在設備外部，但磁場本身和外部磁場源産生的磁場真假難分。

“我們制造了這種假象，讓磁場源看起來像是在遠處，”馬赫-巴特勒說。

但是這個方法在現實世界中的應用價值仍不明朗。這個系統的一個怪異之處是，筒狀電線和遠處磁場之間存在一片磁場非常強的區域。馬赫-巴特勒說，這個區域會幹擾研究中的部分應用，但這是否成問題可能取決于研究人員對磁場的應用。

除了給藥之外，這個新方法的可能應用還包括遠程取消磁場。在量子計算領域，這個技術有助于消除外部磁場産生的“噪音”，這些噪音會幹擾實驗測量。另一個應用或許是改善經顱磁刺激。經顱磁刺激使用磁體刺激大腦中的神經元來治療抑郁症。遠程控制磁場可以改善經顱磁刺激的性，因此醫生可以更準确地觀察人腦的特定區域。

研究人員接下來希望設計一種電線裝置，以便遠程産生3D磁場。