把人放進強磁場中會怎樣？科學家用青蛙做實驗，得到一只反重力蛙

李論科學

星問答計劃創作者,科學達人,優質創作者

本文參加百家號 #科學了不起# 系列征文賽。

1997年，科學家制造出了一只反重力青蛙，這只青蛙在直徑32nm的螺線管中懸空漂浮了起來，完全無視地球的重力，而且在青蛙的身上並沒有裝任何其他的裝置，那麼科學家是如何讓青蛙懸浮起來的？

問題就在那個特殊的螺線管上，裏面有非常強的磁場，正是磁場讓血肉之軀的青蛙飛了起來。那麼這個磁場有多大呢？

為了方便理解，做個對比，地球的磁場強度為30微特斯拉，也就是0.00003特斯拉，一塊普通的磁鐵強度為0.001特斯拉，釹磁鐵的磁場強度為1.4特斯拉，實驗室給青蛙提供的磁場強度為16個特斯拉，相當於普通磁鐵的1.6萬倍。

上圖就是青蛙漂浮在了管道的中間，並沒有依附四周任何位置，不僅僅是青蛙，可以說萬物皆可漂浮，科學家還實現了水滴漂浮。

栗子漂浮：

有些人會認為肯定是科學家在這些物體裏植入了磁鐵，其實並沒有，如果真的植入了磁鐵的話，反而物體才不容易懸浮，它很容易發生翻轉，磁極顛倒，青蛙、栗子都會立刻被強大的力量吸引到底部。

而在科學家所作的這個實驗中，這些物體都可隨便往管道中一扔，不用分什麼正反面，也不管是哪個朝向，都可以完美漂浮，還非常穩定。

其實這是利用了物質的抗磁性效應。

在生活中，所有的材料可以分為三種：鐵磁性、順磁性和抗磁性。

不管是哪一種材料它的磁性主要由原子最外層電子的多少，以及如何排列有關。還有就是每一個電子在自旋的過程中都會產生一個磁矩，就像是一個有南北極的小磁鐵一樣，這是物質產生磁性的關鍵。

鐵磁性

鐵磁性最典型的代表材料當然就是鐵。原子軌道內部的電子數量是成對的，且自旋相反，所以磁矩就抵消掉了，但是鐵原子最外層的電子是奇數，它不成對，所以就會表現出一個微小的磁矩。

在沒有外來磁場作用的時候，所有鐵原子最外層的電子是隨機排列的，磁矩互相抵消，那麼一塊鐵就沒有了磁性。

當給鐵施加了外磁場的話，鐵原子最外層的電子就會在磁場的作用下排列的非常整齊，指向同一個方向，這些微小的電子產生的磁矩疊加在一起，所有整塊鐵就會變成一個磁鐵。

這就是為什麼把鐵靠近磁鐵的時候，不管是南北極，它都會吸引鐵。當我們把鐵靠近磁鐵的北極時，電子的南極就會被吸引，北極被排斥，相反把鐵靠近磁鐵的南極，電子的指向就會顛倒。

這也是為什麼我們長時間把鐵放在磁鐵上，磁鐵也會被磁化，因為外磁場可以讓鐵原子最面最外面的電子指向一個方向，但隨著時間的推移，電子的指向又會趨於混亂，鐵的磁性也會消失。

順磁性

順磁性材料會表現出十分微小的磁性，代表材料就是鋁、氧氣、鉑等等，順磁性材料跟鐵磁性有相似之處，它們原子的最外層也是一個電子，也有磁矩，但是順磁性材料原子最外層的電子會與臨近的原子最外層的電子配對，抵消掉磁性。（就像上圖的樣子）

在施加外磁場的時候，這些已經配對的電子就不那麼容易發生偏轉了，因此這種材料所表現出的磁性非常小。

但也是可以被檢測到的。

抗磁性

抗磁性從名字就可以看出，它產生的磁場總是與原有磁場發生對抗，也就是說是相反的。

這種材料非常多，稀有氣體、非金屬，以及少量的金屬都是抗磁性，還有常見的木頭、水、任何有機體，這些也都是抗磁性。

你把一小片木屑放到水面上，然後用磁鐵靠近水面，你就會發現，在磁鐵沒有靠近木屑的時候，也會也會被磁鐵推離。

抗磁性材料的原子外層電子是成對的，從單個原子來說它就是磁中性，所以給這些材料外加磁場是沒有任何作用的。

那麼強磁場又如何使抗磁性物體懸浮起來的？又如何產生抵抗磁場的？

外加磁場可以使得原子的電子在運動的過程中產生感應電流，繞原子運行的微小的電流就使得每一個原子變成了微小的電磁鐵，這就是我們常聽說的電磁感應現象。

它產生磁場的方向總是和施加在原子上的磁場相反，因此抗磁性材料就主要表現出了抵抗原有磁場的能力。

其實任何物質都會產生抗磁性，只不過鐵磁性、順磁性材料的磁場力，已經完全抵消掉抗磁性產生的磁場力。

青蛙是抗磁性材料組成的，當把它放進強磁場以後，青蛙身體內的原子就會產生感應電流，並產生磁力，這個磁力總是排斥原有的磁力，如果施加的磁場夠大的話，就可以抵消掉青蛙的重力，青蛙就漂浮了起來。

這種漂浮跟我們在空間站上體驗到的漂浮是完全一樣的，這說明我們也可以在地面上利用磁場來創造一個失重環境，來研究生物體在失重環境下的表現。

那麼把人放進強磁場中呢？和青蛙的效果是一樣的，我們人體也是抗磁性材料，我們的原子分子也會產生微小的感應電流，進而產生微小的感應磁場和原有的磁場對抗。

人體也會漂浮起來。但是區別在於人非常重，所需要的磁場強度非常大，且實驗的儀器體積也要很大。

以人類現在的能力還無法制造出能夠將人托起來的磁場。