最近在上海某医院，一位病人着急把轮椅推进了核磁共振室，瞬间就发生了惊人一幕。很明显，这个白色大球具有强大的吸引力。
笔者联系到广安门医院的柳桂勇医生，专业从事核磁共振成像的技术专家，为大家捋捋“核磁共振”关键的科学问题：
1：核磁共振仪器不开机也有磁场？
坊间流传，核磁共振仪器不开机也有强磁场。柳桂勇医生对这个说法表示了肯定，他说：“平常机器硬件安装好后，就励磁——就是让超导机器产生磁场机器里面加入液氦，创造超导环境，超导基本不耗电，就是机器附带的压缩机空调耗电。平常的关机只是把电脑主机箱关了，并不是把机器关了。机器紧急情况下才让它失超，就是不让它有磁性了。如果再让它产生磁，需要继续励磁，需要差不多100万左右。”
因此，我们可以知道，核磁共振室是一个长时间都有强磁场的场所。
2：为什么磁场能吸引铁？
磁场对物体可以是吸引的，也可以是排斥的，比如，磁场不能吸引水，只能排斥水。而磁场是可以吸引铁的。所有物体的内部，都有电子，都有被磁场吸引与被磁场排斥的“两股势力”，取决于是“东风压倒西风”，还是“西风压倒东风”。
从物理上来说，这起因在于电子不但具有轨道角动量，还具有自旋角动量。你可以把轨道角动量看成一个小磁铁，把自旋角动量也看成是另外一个小磁铁。这些小磁铁堆在磁场里，你说是被磁场吸引还是排斥？
3：磁场与数学王子高斯有什么关系？
磁场强度是有大小的，比如地球也是有磁场的，它的磁场大小大概是1高斯左右。在这里，“高斯”是磁场的单位。高斯是一个大数学家，曾经被称为数学王子，但他也研究过磁场。所以，科学家用这个来表示磁场的大小。
数学王子高斯为什么要研究磁场，个中原因非常复杂，他作为学术泰斗，也搞过一些大地测量。在大地测量的过程中，他发展了一套描述曲面的几何学。他也对地磁场有兴趣，觉得这是一个“一颗赛艇”的问题。因为描述磁场的是一套偏微分方程，高斯作为数学大家，当然很熟。电磁学方程中还有所谓高斯定理，来描述一个磁场通过一个曲面的通量，这本来在数学上只是微积分而已，所以高斯作为数学大师信手拈来。他就成了研究磁场的大师，因为他吃透了磁场的数学结构，他甚至还考虑过三个相互嵌套在一起的电流环所发出的磁场的结构。这就是扭结理论，美得一塌糊涂。
4：磁场与特斯拉又有什么关系？
这说起特斯拉电动汽车，估计买得起的人极少。
但此特斯拉非彼特斯拉。这里的特斯拉是一个人的名字，此人是交流电的倡导者，与爱迪生是同时代的。
这个人研究交流电，因为变化的电流会产生磁场，因此他对磁场也有所了解。后来为了记念他的学术贡献，把磁场的单位取名为“特斯拉”。某种意义上讲，他的光芒被爱迪生掩盖。
而1个特斯拉等于10000个高斯，对磁场来说是这样的。什么意思呢，就是换量纲，比如1吨等于1000千克，这个道理是一样的。
5：核磁共振的磁场有多强？
这里要说一下核磁共振仪器的典型磁场到底有多强。
大概是3个特斯拉，也就是30000高斯吧。（柳桂勇医生的一位不愿意透露姓名的同事介绍到，一般生产核磁共振成像的医疗仪器公司是GE跟西门子这样的外国大公司，中国公司能做这种仪器的还不多。）
这个磁场，是非常强的，是地球磁场的几万倍。一般的常规磁铁都只能做到1个特斯拉以下的磁场强度，这种3个特斯拉的磁场强度，只能由超导磁铁产生。最好的超导磁场，能做到10个特斯拉这个级别的磁场强度，这已经是我们人类目前的科技能力的极限了。如果你要10000个特斯拉的磁场强度，只能去某些中子星那里了。
如此强的磁场，所以能瞬间把轮椅吸过去。这是很要命的，因此进核磁共振室身上千万不能有铁磁性的东西，否则“别人做核磁共振要钱，你做核磁共振要命啊”。
6：为什么需要那么强的磁场？
核磁共振成像，需要强磁场，这个原因说起来也不复杂。
“核磁”是几个字？
两个字嘛！（刚才一开始，柳桂勇医生以上告诉我们，现在把“核”字抹掉了，但这对科普不利啊！）
那就好了，“磁场要强”的原因，就在于“核太弱了”。“核”与“磁”它们在一起就是两口子嘛。
这两口子要在一起，必须要一个强一个弱，否则迟早崩盘。
那么，为什么“核那么弱呢？”
原因还在于，原子核太重了，原子核集中了整个原子99%以上的质量，实在是太沉重了。
具体原因，说起来这与原子核的角动量的空间取向在磁场中的“量子化”行为有关。细节就不多说了，自己去领悟吧，什么叫“空间取向量子化（意思就是分立的状态）”，这其实有点象性取向，我们人类一般只能喜欢男人或者女人（是两个分立的状态），不可能去喜欢一个阴阳人（一个含有X%+Y%的连续的状态，你不知道这个阴阳人大概含有百分之几的女性含量）。
7：核磁共振成像仪的技术内涵
这种仪器，一般都要几百万元一台，是很贵的。超导磁铁本来就不便宜啊，所以中国如果要自己的大型对撞机，就需要用很多超导磁铁，造价就上去了，但作为一个国家的核心技术，超导磁铁的研制是非常重要的。
柳桂勇医生表示，核磁共振成像的时候利用的是射频信号（3x42.5 M Hz，在3特斯拉磁场下）被原子核的共振吸收。
某种意义上来说，射频电磁波被吸收多少，就表示这个区域有多少水，这个原理其实与CT是差不多的，只不过人家CT用的是X射线（不是共振吸收），而核磁共振成像用的是射频与强磁场（是共振吸收）。CT背后的数学变换是所谓拉东变换，而核磁共振成像的射频信号被线圈接受后，经历的数学变换是傅里叶变换。
另外，核磁共振涉及到的原子核的激发，其实与核外电子的激发发出光子的过程是完全一样，其基本原理也就是量子力学。因此，笔者呼吁每一个爱好科学的年轻人，都学一点量子力学。
如果你懂量子力学，你是绝对不会把轮椅推进核磁共振室的，因为这真的很危险，就算是霍金，也不敢这样做。
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