在醫院的核磁共振成像（MRI）掃描室，人們總會看到“當心強磁場”的警示牌，醫務人員也會反復叮囑“請取下身上的所有金屬物及磁卡等物品”。許多人會好奇，其中的科學緣由是什麼？答案就藏在微觀世界最基本的一個特性——量子自旋之中。

　　我們生活的世界由原子構成，而原子裡的微觀粒子都有量子自旋這一內稟屬性。所謂內稟屬性，指的是粒子的基本性質，像質量和電荷一樣。比如說電子、光子或者中子，它們的質量、電荷和量子自旋都有確定的值，改變了就不是電子、光子或者中子了。因此，量子自旋並非經典意義上的實際旋轉。

　　而MRI的原理，就是探測人體內部氫核的量子自旋狀態。人體約70%是水分，每個水分子含有兩個氫原子，因此我們體內蘊含著大量的氫核自旋信號。通過分析這些氫核自旋狀態的分布和變化，可以還原出人體組織的清晰影像，為疾病診斷提供科學依據。

　　然而，人體中氫核的自旋信號極其微弱，要捕捉到它們，離不開強磁場的幫助。傳統核磁共振成像儀上的圓形裝置實際上是一個超導磁體，它提供了一個遠超地球磁場的強磁場（相當於地球磁場的數萬倍）。在強磁場環境下，氫核的量子自旋就像是被“定了向”，原本雜亂無章的自旋狀態變得有序排列，儀器就能准確捕捉到它們的“蹤跡”。

　　金屬是強磁場的“親密伙伴”，也是自旋信號的干擾源。金屬在強磁場中會被強烈磁化，輕則產生位移、震動，影響氫核自旋信號的採集，導致成像模糊失真，重則在強大的磁場力作用下，會高速飛向磁體，不僅會損壞儀器設備，還有可能撞擊到人體，造成意外傷害。此外，心臟起搏器、金屬支架等體內植入物，還會因強磁場干擾失去正常功能，帶來很大危險。

　　難道身體有金屬植入物的人，就永遠無法做核磁共振檢查了嗎？我們有沒有可能在無磁場條件下完成對人體的核磁共振檢查呢？

　　國內外許多研究團隊都對此開展了探索。目前，中國科學技術大學的研究團隊已成功研發出零磁場核磁共振譜儀，該裝置的主要器件為原子自旋磁力計，它能夠在無磁場環境下實現對物質內部量子自旋狀態的探測。

　　零磁場核磁共振譜儀已經可以做到對金屬容器內的水成像，以及對人體手指和人腦的初步成像。這意味著體內有金屬植入物的人未來有可能順利完成核磁共振檢查。盡管現階段該技術成像的清晰程度還遠不如傳統的核磁共振成像技術，但其具備成本低、無輻射等優勢，將大幅降低醫療成本。

　　量子自旋這一看似遙遠的物理概念，其實早已融入我們的日常生活。相信隨著對量子自旋研究的不斷深入，未來還會涌現更多新的技術突破，守護我們的健康。

　　（作者為中國科學技術大學教授，本報記者李俊杰整理）

　　《 人民日報 》（ 2026年08月08日 05 版）