Latest / The Long View / 2026-08-08 · 深度｜重写教科书：心脏里的火与一种新磁

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2026-08-08 · 深度｜重写教科书：心脏里的火与一种新磁 · The Long View

0:07
欢迎收听The Long View。
0:08
今天我们做一期科学深度，讲两件表面上八竿子打不着、
0:13
骨子里却是同一个故事的事—一件关于心脏，
0:17
一件关于磁铁。
0:19
它们共同的主题，我把它叫作"教科书写漏了"：我们过去以为已经写定的那一页，
0:25
其实是不完整的。
0:27
这两件事，都来自《科学美国人》二〇二六年五月号的两篇特稿。
0:32
这本杂志的好处，是哪怕主题再专业，它也会耐着性子把底层的科学一点一点讲清楚。
0:39
所以今天我不只告诉你科学家发现了什么，
0:43
还要陪你把每一个概念从零搭起来—搭到你自己都能看懂原文为止。
0:49
我们先讲心脏，再讲磁，最后把这条线收回来。
0:53
先说第一篇，标题叫《《Your Heart in Flamess》，
0:57
直译过来是"你那颗着了火的心脏"。
1:00
作者是《科学美国人》的特约编辑 Melinda Wenner Moyer，
1:03
她长期写健康与科学题材。
1:05
她抛出的核心问题非常尖锐。
1:08
先给你一个数字压压场。
1:10
在美国，心血管疾病每年夺走大约九十二万人的生命，
1:15
比任何一种其他疾病都多。
1:18
几十年来，医生们被反复灌输，心脏病有四大风险，
1:21
文章里管它们叫"可怕的四巨头"：高血压、
1:26
吸烟、"坏"胆固醇也就是低密度脂蛋白L D L过高、
1:32
以及二型糖尿病。
1:34
但问题来了。
1:35
同样是几十年，心脏科医生一直见到一类病人—他们这四样一样都不占，
1:40
却照样死于心脏病。
1:42
而且更诡异的是，这些"低风险"病人，
1:45
结局往往是最差的。
1:47
文章引用了一项二〇二三年的分析：那些因急性冠脉事件住院、
1:51
却四个风险因素一个都没有的病人，和至少有一个风险因素的病人相比，
1:57
死亡的可能性反而高出百分之五十七。
2:00
Moyer把这个账算给你听：四大风险如果漏掉了四分之一的病人，
2:05
那也意味着，美国每年死于心血管疾病的人里，
2:09
大约有二十三万人是"死得没道理"的—按现有的那张风险地图，
2:13
根本解释不了他们为什么会死。
2:16
这个谜，把一位叫Paul Ridker的心脏科医生困扰了很多年。
2:21
他是波士顿布莱根妇女医院心血管疾病预防中心的主任。
2:26
他说，他一直在心里念叨：一定还有某个我们没抓到的、
2:29
根本性的心脏病决定因素。
2:32
经过几十年的研究，他现在认为自己找到了那块缺失的拼图—慢性炎症。
2:38
往下讲之前，我们得先补三块地基：什么是动脉粥样硬化、
2:42
什么是胆固醇、以及什么是炎症。
2:45
先说心脏病到底是怎么发作的。
2:48
我们平时说"心脏病"，绝大多数时候指的是"动脉粥样硬化"引起的问题。
2:53
你可以把心脏想象成一台永不停歇的水泵，
2:56
而给心脏本身供血的，是它表面几根细细的冠状动脉，
3:00
这些动脉就是水管。
3:03
所谓动脉粥样硬化，就是这些水管的内壁上，
3:06
慢慢堆积起一层黏糊糊、又是脂肪又是杂质的东西，
3:10
医学上叫"斑块"。
3:12
斑块越堆越厚，水管越来越窄。
3:16
如果哪一天，某块斑块突然破裂，身体会立刻在破口处结一个血块想去堵住它；
3:22
可这个血块一旦把整根冠状动脉彻底堵死，
3:26
它下游的那块心肌就断了血、断了氧—这就是心肌梗死，
3:31
俗称心梗。
3:33
同样的事发生在脑血管里，就是中风。
3:36
所以你记住这条因果链：斑块堆积，斑块破裂，
3:40
血栓，血管堵死，心梗或中风。
3:44
这一段后面所有的科学，都是在解释：这条链条，
3:48
到底是被什么点着的。
3:50
第二块地基，胆固醇。
3:52
四巨头里最有名的一个，是"坏胆固醇L D L过高"。
3:58
胆固醇其实是身体自己造的、必不可少的一种蜡状物质，
4:02
主要在肝脏里生产，用来搭建细胞膜等等，
4:06
它本身不是坏东西。
4:08
问题在于运输—胆固醇不溶于血，得靠一种叫低密度脂蛋白、
4:13
也就是L D L的东西打包着，在血液里运到需要它的组织。
4:18
可当L D L太多的时候，多出来的胆固醇就会渗进动脉壁、
4:23
堆在那儿，把血管一点点堵上，这就是为什么它被叫作"坏"胆固醇。
4:29
几十年来，主流的做法就是拼命降胆固醇，
4:32
主力武器叫"他汀"，这是一类降低血液里L D L水平的药。
4:38
文章说，过去几十年里，他汀确实把心梗、
4:41
中风等并发症的发生率大幅拉低，降幅高达百分之三十一；
4:46
而且这个大幅下降，主要发生在那些本就在规规矩矩吃他汀降胆固醇的病人身上。
4:53
所以请记住，降胆固醇这条路，是真的有用的，
4:56
这一点这篇文章从头到尾都没有否认。
4:59
但胆固醇这张地图，解释不了那四分之一"死得没道理"的人。
5:04
于是Ridker开始怀疑：会不会还有另一个凶手，
5:08
一直藏在旁边？
5:10
第三块地基，是这篇文章真正的主角：炎症。
5:14
炎症，是身体内置的一套报警系统。
5:18
当免疫系统察觉到有"不对劲"的东西，
5:20
比如病毒、细菌入侵，它就会派出一批免疫细胞冲到现场，
5:25
对入侵者和被感染的细胞发起攻击。
5:28
你得流感时喉咙又红又肿，就是这套系统在打仗。
5:32
这是好事，是急性炎症，打完就撤。
5:36
坏就坏在，这套报警系统有时候会过度反应—打得太狠、
5:41
或者打得太久，停不下来。
5:43
文章里给"慢性炎症"下的定义是：免疫系统一种持续的、
5:48
会损伤身体的激活状态。
5:51
它不是那种红肿热痛、几天就好的炎症，
5:53
而是一种在血管里悄悄烧了几年、十几年、
5:57
你完全没感觉的暗火。
5:59
Ridker和越来越多的研究者认为，
6:01
正是这团暗火，加速了心血管疾病。
6:05
纽约大学Grossman医学院心血管研究中心主任Kathryn Moore把话说得更直接，
6:11
她说，心脏病就是"一种炎症性疾病"。
6:16
这个曾经被当成异端的说法，如今正被越来越多科学家接受—文章提到，
6:21
二〇二五年秋天，美国心脏病学会已经建议，
6:25
医护应当常规筛查病人体内的炎症蛋白。
6:29
这是一个风向标级别的转变。
6:32
有意思的是，"炎症和心脏病有关"这个想法，
6:35
并不是新的。
6:36
长期以来，医学界的教条是：动脉粥样硬化，
6:40
也就是脂肪在血管里堆积，是一个被动的、
6:43
几乎纯机械的过程，是衰老不可避免的副产品。
6:48
蒙特利尔心脏研究所研究中心主任、心脏科医生 Jean-Claude Tardif f 打了个特别形象的比方，
6:56
他说，当年大家以为，血管里的斑块堆积，
6:59
"就像水管里生锈一样"，被动地、慢慢地结垢，
7:03
如此而已。
7:05
可其实，一直有零星的线索指向另一个方向。
7:09
早在十九世纪五十年代，德国病理学家Rudolf Virchow就在显微镜下看到，
7:15
病变的血管和斑块里有发炎的组织。
7:19
一九一三年，俄国病理学家Nikolai Anichkov给兔子喂高胆固醇饮食，
7:25
发现它们的动脉里挤满了白细胞—我们今天知道，
7:29
白细胞正是炎症的关键标志。
7:32
只不过，当时的人大多把这些现象反过来理解：以为是先有了动脉粥样硬化，
7:37
炎症才作为反应冒出来。
7:40
也就是说，他们以为炎症是"结果"，不是"原因"。
7:43
Ridker想问的是：会不会正相反？
7:46
会不会炎症才是那只点火的手？
7:49
要证明炎症是凶手，得先有办法"看见"炎症。
7:52
Ridker抓住的，是一个叫C反应蛋白的指标，
7:56
英文缩写C R P。
7:59
你可以把C R P想成血液里的一个"火情警报器"—身体里一有炎症，
8:03
C R P水平就会升高，验个血就能测出来，
8:07
它是一个信号弹，告诉你里面在烧。
8:10
上世纪九十年代中期，Ridker和同事利用一项叫"医师健康研究"的数据，
8:15
这项研究从一九八二年起就在收集男性医生的健康资料。
8:20
他们挑出了五百四十三位后来发生了心梗、
8:23
中风或严重血栓的医生，又找了五百四十三位没出事的医生做对照，
8:28
回头去比他们当年的C R P水平。
8:31
结果很惊人：那些C R P最高的人，
8:34
日后心梗的概率是最低那组的三倍，中风的概率是两倍。
8:39
几年后，Ridker的团队又在"女性健康研究"里追踪了近两万八千名女性，
8:44
平均跟了八年，结论一致：C R P最高的那组女性，
8:49
发生心梗或严重心血管问题的概率，是最低组的二点三倍。
8:54
这些发现意味着，炎症很可能不是心脏病的"副作用"，
8:57
而是一个致命的帮凶。
8:59
一九九九年，华盛顿大学病理学家Russell Ross写下一句后来被反复引用的话：动脉粥样硬化，
9:06
显然是一种炎症性疾病。
9:09
Tardif总结说，涉及几十万病人的大量研究一次又一次表明，
9:13
你血液里的炎症标志物越高，发生临床事件的风险就越高。
9:18
这里出现了一个漂亮的转折。
9:20
前面说过，他汀这类药，是拿来降胆固醇的。
9:24
但Ridker的研究却发现，他汀在降胆固醇的同时，
9:27
居然也压低了炎症。
9:29
二〇〇一年的一项研究显示，一种叫普伐他汀的他汀，
9:34
二十四周内把C R P降低了百分之十七。
9:38
二〇〇五年，Ridker团队更进一步：他们报告说，
9:41
不管你L D L降到多低，只要吃了他汀、
9:44
并且C R P也低的人，比起那些吃了他汀但C R P依然高的人，
9:49
更不容易发生心梗或死于心脏相关原因。
9:53
这就逼出了一个大胆的问题：那些胆固醇本来就正常、
9:56
按常理根本不需要吃他汀的人，如果他们的炎症水平很高，
10:01
会不会也能从他汀里获益？
10:03
Ridker决定亲自验一验。
10:05
这就要说到临床试验这件事了。
10:08
所谓随机对照临床试验，就是把一大批病人随机分成两组，
10:12
一组吃真药，一组吃"安慰剂"，也就是外观一样、
10:16
其实没有药效的假药，然后比较两组的结局。
10:20
随机和安慰剂，是为了排除运气和心理作用，
10:23
让结论站得住脚。
10:24
Ridker设计的这项试验叫JUPITER，
10:27
二〇〇八年发表，招了近一万八千名L D L不高、
10:32
但C R P高的人，随机分到他汀组或安慰剂组。
10:36
试验因为效果太明显，平均跟踪了大约两年就提前中止了—因为再让安慰剂组的人空等下去，
10:44
伦理上说不过去。
10:46
结果：吃他汀的那组，心梗风险低了百分之五十四，
10:49
中风风险低了百分之四十八。
10:52
后续分析还发现，受保护最强的，正是那些既降了胆固醇、
10:57
又降了C R P的人。
10:58
文章说，在那个年代，很多医生对"降胆固醇的药居然能帮到胆固醇本就很低的健康人"这件事嗤之以鼻。
11:07
可他汀就是有效—那张只讲胆固醇的老地图，
11:10
突然就讲不通了。
11:12
到这里，炎症和心脏病的关联已经很硬了。
11:16
但科学家还想知道：炎症这团火，到底是被什么点着的？
11:21
这一段，是全篇最精彩的机制解释。
11:25
这里要请出密歇根州立大学心脏科主任George Abela。
11:30
他一直在琢磨一个问题：心梗和中风，常常发生在斑块破裂之后，
11:35
是什么东西把斑块给撑破了？
11:38
二〇〇四年的一天，他冒出一个念头：胆固醇结晶的时候，
11:42
会不会像水结冰一样膨胀，从而撑裂斑块？
11:47
我们先补一个概念：胆固醇结晶。
11:50
平时血液里的胆固醇，是一团柔软的蜡状物。
11:54
但当它在动脉里越积越多、浓度越来越高，
11:57
它就可能结晶—就像浓糖水放久了会析出糖的结晶一样，
12:02
从柔软的一团，变成有棱有角的晶体。
12:05
文章还解释了一个特别关键的历史细节：为什么这些结晶长期没被发现？
12:11
因为病理学家在制作显微镜切片时，通常要用酒精处理组织，
12:15
而酒精会溶解掉胆固醇结晶。
12:18
所以他们在切片里看到的，往往只是结晶溶解后留下的空洞，
12:22
于是想当然地以为这些结晶无害、甚至以为它们只在人死后才形成。
12:28
Abela决定自己动手验证。
12:31
他买来实验用的胆固醇粉，先熔成液体，
12:33
再让它结晶。
12:35
结果把他吓了一跳：结晶后的胆固醇，比液态时膨胀了整整百分之四十五—它确实会撑大。
12:43
二〇〇九年，他和同事发表了一篇开创性论文：他们对比死于心脏病的人和死于其他原因的人，
12:50
发现前者的冠状动脉都被胆固醇结晶刺穿了。
12:54
Abela的原话是，这些结晶"就像一把把小刀，
12:58
一路割穿动脉的内壁"，而且数以千计。
13:02
现在，把炎症接进来。
13:04
一个健康的身体，是不会自己制造这种带棱角的结晶结构的，
13:08
所以免疫系统一看到它们，就当成危险的入侵者来攻击—这跟痛风的道理一模一样，
13:15
痛风就是尿酸结晶堆积引发的炎症和剧痛。
13:19
于是，一队叫"单核细胞"的白细胞冲到现场，
13:22
变身成"巨噬细胞"。
13:24
这些巨噬细胞会去吞噬脂肪和带尖角的胆固醇。
13:29
Moore解释说，接着它们又喊来T细胞和其他免疫细胞加入战斗，
13:33
这就形成了斑块—一团胆固醇、脂肪、免疫细胞和死细胞碎片的混合物。
13:40
更糟的是，巨噬细胞还会分泌炎症化学物质，
13:43
其中就包括一种叫"白介素一ββββββ"的信号分子，
13:47
它进一步加强免疫攻击，让斑块继续恶化。
13:51
正常情况下，免疫系统打完仗就该鸣金收兵。
13:55
可Moore说，由于一些我们还没完全搞懂的原因，
13:58
这场炎症在动脉里就是不肯关火，能一烧几十年。
14:02
巨噬细胞吞太多会自己死掉，死的时候把结晶化的胆固醇又释放出来，
14:07
斑块变得越来越不稳定，最终破裂。
14:11
破裂一发生，血液接触到促凝物质，就地结成血块，
14:15
这些血块顺着血流跑到全身，引发心梗或中风。
14:20
你看，这就把整条链条打通了：胆固醇结晶像刀子一样割伤血管、
14:26
引爆免疫系统，慢性炎症长年不熄，斑块壮大、
14:30
失稳、破裂，血栓，心梗中风。
14:34
在这个新版本里，胆固醇不再是唯一的坏人；
14:37
免疫系统对胆固醇结晶的过度反应，也就是它引起的慢性炎症，
14:42
可能才是更危险的那一个。
14:45
好，如果炎症真是推手，那顺理成章的下一步就是：能不能用抗炎的药去救心脏？
14:52
这个假设，被三场临床试验轮番检验，结果有成有败—请你特别留意这里的"成"和"败"，
14:59
因为科学的诚实，就体现在这里。
15:02
第一场，叫CANTOS，二〇一七年发表。
15:05
因为白介素一ββββββ 这个信号分子在炎症里太关键了，
15:09
Ridker就想：如果把它挡住，会不会就能给动脉里的风暴降温？
15:13
试验招了一万名C R P高的心脏病人，
15:16
大多也在吃他汀。
15:18
他们被注射不同剂量的"卡那单抗"—这是一种能降低体内白介素一ββββββ 的单克隆抗体；
15:25
另一些人打安慰剂。
15:27
四年后，注射一百五十毫克卡那单抗的那组，
15:31
死于心脏病或中风的概率，比打安慰剂的低了百分之十五。
15:36
Moore说，这是"人类身上第一个证据，
15:37
证明阻断这些炎症通路真的有好处"，是个了不起的时刻。
15:42
但是—这里有个重要的但是—卡那单抗有个副作用：用药的人更容易死于感染。
15:50
这很好理解，你把免疫系统压下去了，它防外敌的能力也会跟着削弱。
15:56
正因为这个风险，美国食品药品监督管理局F D A在二〇一八年，
16:01
驳回了用卡那单抗治疗心脏病的申请。
16:04
第二场，靠的是一种意想不到的老药：秋水仙碱。
16:08
这是一种便宜的、治痛风的老药。
16:11
澳大利亚珀斯Harry Perkins医学研究所的心脏科医生 Stefan Mark Nidorf f 想，
16:17
既然痛风和心脏病里的"结晶引发炎症"是同一套机制，
16:22
那治痛风的秋水仙碱说不定也能治心脏病。
16:26
二〇二〇年，他和团队发表了一项涉及五千五百名心脏病人的大试验：每天小剂量吃秋水仙碱、
16:32
坚持大约两年多的人，发生心脏事件的概率比吃安慰剂的低了百分之三十一。
16:39
而且这些人几乎也都在吃他汀—这说明，
16:42
秋水仙碱带来的保护，是叠加在他汀之上、
16:45
额外多出来的。
16:47
Nidorf有句话点出了这篇文章的核心立场，
16:50
他说：动脉粥样硬化是一枚两面的硬币，
16:54
你得降胆固醇，但光这样还不够，你真的得再加上抗炎的药。
17:01
正是基于这些发现，F D A在二〇二三年批准了秋水仙碱用于降低心脏病风险。
17:08
两年后的二〇二五年，美国心脏病学会又建议常规筛查C R P—文章说，
17:13
这标志着这个领域已经走了多远。
17:17
讲到这里，你可能觉得大局已定。
17:19
但作者Moyer特别诚实地写了一句：科学很少走直线。
17:24
请你务必把下面这些"扫兴"的部分听完，
17:26
因为这才是这篇文章真正的价值。
17:29
第三场试验，叫CLEAR SYNERGY，
17:31
二〇二五年发表，涉及七千名刚发过心梗的病人。
17:36
结果：让他们平均吃了三年秋水仙碱，并没有降低他们再次发生冠脉事件的风险。
17:44
试验的主要研究者、麦克马斯特大学介入心脏科医生Sanjit Jolly说，
17:49
鉴于之前那些正面结果，这个结果让他们很意外。
17:53
而且这场试验还暴露了秋水仙碱的另一个麻烦：肠胃副作用。
17:58
Jolly说，有百分之十到十五的病人会拉肚子拉得很严重。
18:03
原因也有说法：秋水仙碱是通过破坏免疫细胞里叫"微管"的结构来抗炎的，
18:08
可微管同样是肠道细胞快速分裂所必需的，
18:11
所以吃这药的人容易闹肚子。
18:14
西奈山Icahn医学院的心脏科医生Gregg Stone一句话点破了抗炎药共同的难处：当你去干预免疫系统，
18:23
你就是在动整个身体的免疫，很难找到那个"既有效、
18:28
又不至于太毒"的甜蜜点。
18:30
也正因如此，Stone说，心脏科医生目前很少开秋水仙碱，
18:35
整个心脏科圈子"现在疑虑很多"。
18:38
当然，Ridker、Nidorf这些支持者反驳说，
18:41
CLEAR SYNERGY这场试验本身有严重缺陷：一来它是在新冠疫情期间做的，
18:48
那阵子人们可能不太愿意去报告心脏不适；
18:51
二来它盯的是心梗刚发生后的那种急性炎症，
18:55
而不是动脉粥样硬化里那种长年累月的慢性炎症—秋水仙碱在急性场景下可能本就派不上用场。
19:04
但也有人认为CLEAR SYNERGY的结论是可靠的。
19:08
Stone的态度比较折中：如果你C R P真的很高，
19:12
秋水仙碱可以一试，但他不会给所有人都开。
19:16
前路还有别的方向。
19:18
多国正在进行的临床试验，盯上了另一个免疫信号分子—白介素六的抑制剂。
19:24
白介素六的信号会驱动一系列有害的血管过程，
19:27
而且它是白介素一ββββββ 和C R P之间的重要一环，
19:31
所以研究者希望白介素六的阻断剂会比其他药更对症。
19:36
这些试验有诺和诺德、诺华这样的大药厂参与，
19:40
但目前还没有结果发表。
19:42
Tardif最近还启动了一项一万名二型糖尿病人的试验，
19:46
看秋水仙碱能不能在这类高危人群里预防心脏病。
19:51
而Moore的实验室在问一个更远的问题：有没有可能找到不仅能灭火、
19:55
还能修复已经造成的损伤的药？
19:58
Ridker认为这些都有可能。
20:01
在被质疑了几十年之后，他正享受着自己曾经被当成异端的想法走进主流。
20:07
他说，这种转变非常令人兴奋，然后加了一句特别有画面感的话：二十年前，
20:13
人们觉得我们简直是疯子。
20:15
在进入第二篇之前，我把这篇文章最重要的那条边界再钉一遍，
20:19
因为它太容易被误读了：炎症这个新凶手，
20:23
是在胆固醇之外"增加"了一个凶手，而不是"取代"胆固醇。
20:28
降胆固醇依然有效、依然是基石；
20:31
抗炎是叠加在它之上的第二条战线。
20:35
任何把这篇文章读成"原来胆固醇不重要了、
20:38
不用管了"的理解，都是把一个仍在争论、
20:41
还有反例的科学，硬生生说成了板上钉钉的结论—而这恰恰是这篇文章反复提醒我们不要犯的错。
20:49
现在我们从心脏，切换到一个看似风马牛不相及的领域：磁铁。
20:54
但请你记住我们的那条线—"教科书写漏了"。
20:59
上一篇，漏掉的是炎症；
21:00
这一篇，漏掉的是好几种全新的磁。
21:04
第二篇文章叫《《A New Kind of Magnett》，
21:06
一种新的磁铁，也来自《科学美国人》五月号。
21:10
作者是纽约州北部的独立撰稿人Bob Henderson，
21:13
他拥有罗切斯特大学高能理论物理的博士学位—换句话说，
21:18
这是一位真懂物理的人在给你讲物理，这一点很重要，
21:22
因为这篇的物理密度不低。
21:25
文章的开场是一个非常具体的画面。
21:27
去年秋天，在马萨诸塞州剑桥市，一间嗡嗡作响、
21:31
满是制冷泵声的实验室里，麻省理工的研究生李佳若正在制造一种储存数字数据的新器件。
21:39
她想用一种奇异的磁性—就是这间实验室前一年才发现的那种—来让这个器件比现有任何竞争技术都更快、
21:47
更省电。
21:48
而文章特别点出：她这项工作，在当下正是时候。
21:53
因为A I数据中心的繁荣，以及它所预示的、
21:56
爆炸式增长的电力需求，让"更省电的存储"变成了一件性命攸关的事。
22:02
李佳若在干一件像大海捞针的活。
22:05
她要找一片薄到几乎看不见的溴化镍晶片。
22:09
为了得到它，她把装着溴化镍粉末的玻璃管，
22:12
放进一台电脑控温的高温烤箱里烤了整整十天，
22:16
长出一颗硬币大小的晶体。
22:18
然后她贴上一种特殊的胶带，把晶体的薄片剥下来，
22:21
转移到一块闪亮的硅片上。
22:24
举到灯下看，那是一整片"星系"般的、
22:26
成千上万颗金色的小晶体。
22:29
她说：这么多里头，能薄到够用的，也就一两颗。
22:34
那这种奇异的磁性到底是什么？
22:36
我们又得从头搭地基了，这一篇的地基，
22:39
是"磁"本身。
22:41
先说我们最熟悉的那种磁铁—冰箱贴、指南针，
22:45
有南北两极、能吸铁的那种。
22:49
文章告诉你，这种磁铁有个正式名字，叫"铁磁体"。
22:54
人类用它已经用了几千年，史前时代就在用了。
22:58
但你可能想不到：直到上世纪二十年代现代量子理论出现之前，
23:02
人类根本没法解释它为什么会磁。
23:06
牛津大学物理学家Stephen Blundell甚至说了一句很重的话：量子力学的诞生，
23:12
本可以来自对磁的观察。
23:15
物理学家Niels Bohr和 Hendrika Johanna van Leeuwen n 早在量子理论成形之前就独立证明了：磁性，
23:23
和经典的、非量子的物理学，是不相容的。
23:28
换句话说，磁，从骨子里就是个量子现象。
23:32
那磁到底从哪来？
23:34
答案藏在电子的一个量子性质里，叫"自旋"。
23:39
你可以先这样想象：自旋让每个电子表现得像一个正在自转的小带电球，
23:44
而一个转动的电荷会产生磁场—于是每个电子，
23:48
就像一块极其微小的小磁棒。
23:51
文章诚实地提醒：电子据我们所知是无限小的，
23:54
根本不是什么小球，这恰恰说明"自旋"本质上是个纯量子的性质，
24:01
"自转的小球"只是个帮你入门的比喻。
24:04
关键在于这些小磁棒怎么排列。
24:07
当一块晶体固体里，大量电子的自旋齐刷刷地朝同一个方向排好队，
24:12
它们各自那点微不足道的磁场就会叠加起来，
24:15
汇成一个宏观的、你能感受到的磁场—这就是铁磁体。
24:20
铁磁体最显眼的特征，就是它的"磁化"，
24:23
也就是那个宏观磁场，那些能让你撒一把铁屑就显形的磁力线。
24:29
Blundell把铁磁体称作"现代世界的引擎"。
24:33
想想看：发电厂就是靠旋转磁体，把机械能转成电能。
24:38
而且请记住这个和后面直接相关的事实：虽然现在个人电脑大多用固态的、
24:43
非磁性的存储，但全世界数据中心里存的绝大部分信息，
24:48
靠的还是铁磁性硬盘上一小块一小块区域的磁化方向来编码一和零。
24:54
参与了交变磁体发现的、德国美因茨约翰内斯·古滕堡大学的物理学教授Jairo Sinova有句话特别提神：你所有的数据都存在云上，
25:05
而云，全是磁铁。
25:08
铁磁性，是自旋整齐划一朝一个方向的结果。
25:12
但物理学家很早就知道，这不是唯一的排法。
25:16
上世纪三十年代，法国物理学家Louis Néel预言：一种叫"交换相互作用"的力，
25:22
可以驱使相邻原子的自旋指向相反的方向，
25:26
一上一下、一上一下地交替，而不是全部对齐。
25:30
这种一上一下的交替排列，会让自旋们产生的磁化互相抵消，
25:34
结果整块材料对外没有净磁场。
25:37
这种材料，就叫"反铁磁体"。
25:40
Néel因此拿了一九七〇年的诺贝尔物理学奖。
25:43
可有意思的是，他在诺奖演讲里说，这些反铁磁体因为没有磁化、
25:48
对外不显磁，似乎没什么应用价值。
25:52
请记住这两种磁：铁磁体，自旋同向，有净磁场，
25:56
有用；
25:57
反铁磁体，自旋反向抵消，没净磁场，当时看着没用。
26:02
几十年来，物理课本上的磁，基本就这两种。
26:06
这，就是那本"写漏了"的教科书。
26:08
在讲第三种磁之前，还得补一段"自旋怎么被用起来"的历史，
26:12
因为它是理解为什么大家对新磁性这么兴奋的钥匙。
26:17
上世纪八十年代，物理学家Peter Grünberg和Albert Fert各自独立发现：如果你把两层铁磁体平行叠在一个器件里，
26:26
然后改变它们磁场的相对朝向，你就能控制这个器件导电的难易。
26:31
原理是：当电流穿过一块铁磁体时，电流里电子的自旋会倾向于和磁化方向对齐—物理学家说这时电流被"自旋极化"了。
26:41
而一束被某块磁体极化过的电流，更容易穿过另一块同方向的磁体。
26:48
用这种办法实现的电阻变化，叫"巨磁阻"，
26:51
英文缩写G M R，因为一个很小的磁场，
26:55
只要把一层的磁化方向一转，就能让电阻发生巨大的变化。
27:00
这个发现分量极重。
27:03
Grünberg和Fert凭它拿了二〇〇七年诺贝尔物理学奖，
27:07
并开创了一整个新领域，叫"自旋电子学"—用电子的自旋来传递和存储信息，
27:14
就像传统电子学用电荷做的那样。
27:17
上世纪九十年代，I B M用基于G M R的"读取磁头"从硬盘里读数据，
27:23
灵敏度极高，让硬盘的存储密度暴涨了一千倍。
27:27
同样的效应还催生了一种叫M R A M、
27:31
也就是磁性随机存取存储器的存储技术，
27:35
如今用在汽车、家电、智能手表这些专用芯片里。
27:40
划重点：几十年来，大家都以为"自旋极化"这种本事，
27:44
基本是铁磁体的专利。
27:47
但交变磁体的发现，把这个认知给推翻了。
27:50
伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的物理学家Rafael Fernandes打了个很动人的比方，
27:57
他说：这就像我小时候，十三岁那年不得不戴上眼镜—戴上的那一刻，
28:04
我才意识到，原来之前有那么多东西我根本没看清。
28:08
第三种磁的发现，是从一个谜团开始的：一块反铁磁体，
28:13
竟然表现出了铁磁体才有的招牌特征。
28:17
二〇一八年，前面提到的Sinova，
28:20
和他的合作者们—包括捷克科学院物理研究所、
28:24
英国诺丁汉大学和日本东北大学的教授Tomas Jungwirth—在研究一种叫"二氧化钌"的反铁磁材料。
28:31
他们的计算预言：这种材料应该会表现出一种叫"反常霍尔效应"的性质。
28:37
这个效应是说，当电流穿过材料时，会产生一个横向的电压—一种电学力—而且这个电压，
28:44
比你单靠材料里那点磁场所能解释的要强得多。
28:49
问题是，这个反常霍尔效应，一直被当成铁磁性的招牌；
28:53
可二氧化钌明明是块反铁磁体。
28:56
那这效应是从哪冒出来的？
28:58
理论学家们算是把它算出来了，但他们自己也没真懂。
29:03
Jungwirth回忆当时的心情：这到底是怎么回事？
29:06
Sinova说，既然在这么一种材料里预言出了这个效应，
29:11
你就得开始问：这是不是一种新的磁性？
29:16
而要回答这个问题，你就必须去理解背后那个驱动它的对称性。
29:20
于是，我们要补这一篇最硬、也最迷人的一个概念：对称性。
29:25
对称性，在物理学家眼里，是指一个物体能经受某种变换、
29:31
而它的性质保持不变的那种品质。
29:34
举个最简单的例子：一个圆，是高度对称的—你把它随便转任何角度，
29:39
它看起来都一样。
29:41
一个正方形对称性就差些—只有当你转的角度是九十度的整数倍时，
29:46
它看起来才不变。
29:49
二十世纪物理学的一个标志性成就，就是认识到对称性在自然定律中扮演的核心角色。
29:55
十九世纪，人们有一批"仿佛是从石板上传下来的"守恒定律：能量守恒、
30:01
动量守恒、角动量守恒。
30:04
而到了一九一八年，德国数学家Emmy Noether证明了一件极深刻的事：这三条守恒定律，
30:10
分别源自物理定律在时间平移、空间平移、
30:15
旋转下的对称性。
30:17
差不多同时，Einstein要求物理定律不随观察者的运动状态而改变，
30:21
由此推出了狭义和广义相对论。
30:25
今天我们理解，基本粒子和各种力的那一整套面貌，
30:29
都源自某种特定的对称性组合。
30:32
但真正有意思的，是对称性被"打破"的时候。
30:35
麻省理工李佳若所在研究组的负责人、物理学家Riccardo Comin说：如果宇宙拥有最高的对称性—完全的旋转对称和完全的平移对称—那它将是彻底没有任何特征的。
30:49
没有特征，就没有生命、没有行星、什么都没有。
30:53
正是在足够低的温度下，通过一个叫"自发对称性破缺"的过程，
30:58
那些定律才产生出磁性这样的现象。
31:02
Comin说，往往是越不对称的东西，
31:05
越丰富、越多变。
31:07
现在，把这个工具用到磁上。
31:08
铁磁体和反铁磁体的区别，恰恰在于：反铁磁体保留了一种铁磁体打破了的对称性。
31:17
文章请你做一个思想实验：想象你把一块磁体里所有的自旋，
31:21
统统翻转，让它们指向相反的方向。
31:25
对反铁磁体来说，由于它本来就是一上一下交替的，
31:28
你把每个都翻一下，整体图案不过是错开了一位，
31:32
基本还是老样子—它没变。
31:35
可对铁磁体来说，你把所有自旋一翻，它的磁化方向就整个反过来了，
31:40
南北极对调—它变了。
31:42
物理学家管这个叫"时间反演对称性"。
31:46
为什么扯上时间？
31:48
因为把每个电子的自旋、也就是那个自转翻转，
31:51
正是你倒放时间之箭时会看到的景象—时间倒流，
31:56
自转就反向。
31:58
所以说：铁磁体打破了时间反演对称性，
32:01
而反铁磁体大体上没有打破。
32:05
我们当然没法真的倒放时间，但这个思想实验极其有用。
32:09
正是"打破时间反演对称性"这件事，让铁磁体能表现出自旋极化电流、
32:15
反常霍尔效应这些本事；
32:17
而反铁磁体因为没打破它，本来就不该有这些本事—至少在Sinova他们出现之前，
32:22
大家是这么以为的。
32:25
那二氧化钌这块反铁磁体，凭什么表现出了铁磁体才有的反常霍尔效应？
32:31
破解这个谜的，是Sinova和Jungwirth从前的学生LiborŠmejkal，
32:36
他如今是德国马克斯·普朗克复杂系统物理研究所的研究员。
32:41
他动用了超级计算机做了一堆繁复的计算，
32:43
最后意识到：答案，藏在原子的"形状"里。
32:47
二氧化钌里，带着自旋的是钌原子。
32:52
但每个钌原子周围的电子云，被它旁边的氧原子挤压，
32:56
从本来的球形给捏变形了。
32:58
而事情的关键在于：那些自旋朝一个方向的原子，
33:02
它们的电子云，相对于自旋朝相反方向的原子的电子云，
33:07
整整旋转了九十度。
33:10
于是，自旋和形状合在一起构成的这个图案，
33:13
打破了时间反演对称性—因为你光把自旋一翻，
33:17
已经不能让整块磁体复原了，形状对不上。
33:21
但更妙的是，Šmejkal发现，二氧化钌还保留着另一种连铁磁体都没有的、
33:27
赋予它特殊本领的对称性：如果你先把自旋翻转、
33:31
相当于理论上倒放时间，再把原子旋转九十度，
33:35
整个自旋加形状的排布就又回到了原点。
33:39
正是这个"翻转加九十度旋转"的组合对称性，
33:42
给了它一种独门本事—能产生一种自旋极化电流，
33:47
而且这电流的自旋方向，会随着"旋转"而交替变化。
33:52
这个"交替"的特性，正是这类磁体名字的由来：altermagnet，
33:56
交变磁体。
33:58
Šmejkal一句话总结：一块磁体的"魔力"，
34:01
其根源在于它的对称性，而不在于它的磁化。
34:05
交变磁体和反铁磁体一样，没有磁化、对外没有净磁场；
34:10
可正因为它打破了时间反演对称性，它又能制造出许多有用的磁效应，
34:15
比如给电流做自旋极化。
34:17
接着，Šmejkal用"群论"—一门专门描述对称性的数学—搭起了一套给磁体分类、
34:24
并精确指出它们各自本领的系统。
34:28
这套系统还揭示了一件事：对于自旋是"共线"的磁体，
34:31
也就是自旋只能朝上或朝下、绝不会歪到旁边成一个角度的那类，
34:36
铁磁体、反铁磁体、以及新的交变磁体，
34:41
是仅有的三种可能。
34:42
三种，就这么多。
34:45
Šmejkal通过检索已知材料的数据库，
34:47
一口气找出了两百多种潜在的交变磁体。
34:51
它们中的很多，就像二氧化钌一样，是早就被人熟知、
34:55
却从没人怀疑它们身怀绝技的老材料。
34:59
到这一步，这些大多还只是理论。
35:01
转折发生在二〇二四年：由瑞士保罗·谢勒研究所的Juraj Krempasky领衔的团队，
35:08
做出了对交变磁性的首次确凿证实。
35:13
他们用一台同步辐射粒子加速器，朝一块"碲化锰"晶体射出经过精密标定的光，
35:19
测量它内部电子的能量、动量和自旋。
35:23
结果证明，这些性质完全符合Šmejkal等理论学家的预言。
35:28
碲化锰本身太脆弱，没法商用，但诺丁汉大学参与实验的物理学家Peter Wadley说，
35:34
这对自旋电子学是个好兆头，因为潜在的交变磁体太多了。
35:41
他形容这类材料以一种极其漂亮的方式，
35:43
把铁磁体和反铁磁体的优点合而为一，说它就是你梦里那块理想磁体，
35:48
好得简直不像真的。
35:51
而这还没完。
35:52
文章告诉你，交变磁体只是Šmejkal那套对称性系统里的第三类；
35:58
还有第四类，也是最后一类，叫"反交变磁体"，
36:03
它打破的是另一种叫"反演"的对称性—反演大致相当于把一个物体里外翻转。
36:09
这类磁体的自旋不是共线的：以溴化镍的兄弟材料"碘化镍"为例，
36:14
它的自旋会摆出一个三角形的形状，并且这个形状会像螺旋一样，
36:19
一路旋转着穿过整块晶体。
36:22
这个螺旋图案，像螺丝钉的螺纹、像D N A的双螺旋。
36:27
而和螺丝一样，螺旋可以是右旋的，也可以是左旋的—这个性质叫"手性"。
36:35
手性打破了反演对称性，并带来一个对器件极有用的本领：只要施加一个电场，
36:41
就能高效地切换这种磁性的手性。
36:43
这类磁体，因为其磁性有这种波形特征，
36:46
被叫作"p波磁体"。
36:49
现在我们可以回到开头的问题：这些新磁体，
36:52
到底能干什么大事，值得李佳若烤十天晶体？
36:56
答案是：存储。
36:59
Comin研究组里的宋潜，如今是加州大学伯克利分校的博士后，
37:03
他梦想着一种能"一统天下"的存储技术。
37:07
文章解释了今天存储的乱象：电脑里同时用着好几种存储—快但断电就丢数据的内存、
37:14
慢一些但能长期存的固态硬盘、以及构成云端主体的磁性硬盘。
37:20
宋潜二〇二五年首次演示了碘化镍里那种螺旋状的p波交变磁性，
37:26
他相信这可能就是一种尺寸通吃所有场景的钥匙。
37:31
他问：我们为什么需要这么多种存储？
37:34
我想把所有存储统一起来，把速度往上推。
37:38
问题是，这里到底有没有一个物理极限？
37:41
交变磁体，可能比任何其他技术都更接近那个极限，
37:45
因为它把铁磁体和反铁磁体的优点集于一身。
37:50
像铁磁体，它能产生自旋极化电流、能有G M R那样的效应；
37:56
像反铁磁体，它的自旋可以被旋转，而且比铁磁体快大约一千倍—这意味着存储器件的工作频率，
38:06
有望从今天的吉赫兹跃升到太赫兹，也就是快上一千倍。
38:10
此外，交变磁体和反铁磁体一样没有磁化、
38:14
对磁场也不敏感，这反而是优点：因为它们彼此之间不会互相磁干扰，
38:19
工程师就能把大量器件密密麻麻地塞进一小块空间里。
38:24
而宋潜在碘化镍里发现的p波磁性，还可能带来能耗上的巨大飞跃。
38:29
飞跃有多大？
38:31
宋潜估算，这样一种器件，写入数据所需的能量，
38:35
可能只有现有任何存储技术的十万分之一，
38:39
甚至更少—主要就是因为p波磁体让电学切换变得极其高效。
38:45
但为了让数据的读取也一样有效，构成器件的那片溴化镍晶体，
38:49
必须做到原子级的薄。
38:51
这，正是李佳若在那间实验室里苦苦追寻的东西。
38:56
文章给了一个特别有质感的收尾画面：回到实验室里，
38:59
李佳若的双臂此刻深深探进一对伸进巨大亚克力箱的黑色橡胶手套里。
39:06
她那双戴着手套的手下面，躺着一块撒满溴化镍晶体的硅盘。
39:11
她把硅盘放到一台原子力显微镜下，让显微镜的探针在接下来十分钟里，
39:16
在晶体上方几个纳米的高度，划出一条路径，
39:19
圈出一块二十五乘二十五微米的区域，再据此绘出里面晶体的厚度分布图。
39:26
等显微镜跑完，她用鼠标在屏幕上一片有希望的晶体边缘划了一条线，
39:31
读出一个数字：十纳米。
39:34
够近了，但还不够薄。
39:37
她说：这就是我想知道的全部。
39:40
和第一篇一样，这一篇的诚实，也全在那些"扫兴"的细节里，
39:45
请务必听完。
39:46
第一，连"祖师爷"都可能翻车。
39:50
虽然实验已经确认了少数几种材料是货真价实的交变磁体，
39:54
但另一些实验反而对二氧化钌、也就是那个引出整个理论的始祖材料，
39:59
投下了怀疑。
40:01
Jungwirth坦率地说：这材料本身很可能根本没磁性。
40:05
我们在理论论文里，挑了一个有点不走运的头号例子。
40:09
科学就是这样，连开创性的那个例子，后来都可能被推翻。
40:14
第二，李佳若和宋潜手里这个器件，永远不会真的装进你的电脑或数据中心。
40:21
碘化镍的p波磁性，只能在六十开尔文以下存活—那比液氮还冷；
40:26
而李佳若必须在充满氩气的手套箱里做测量，
40:31
因为溴化镍和碘化镍一样，是一种盐，一旦碰到空气里的水汽就会融化。
40:38
Comin说得很实在：这确实不实用，
40:40
但我们的想法是，从碘化镍身上学到的东西，
40:43
会为寻找新材料指路。
40:45
第三，从科学突破到商用产品，这条路布满荆棘。
40:51
当年为I B M做出G M R读取磁头的、
40:54
德国马克斯·普朗克微结构物理研究所所长Stuart Parkin说，
40:59
常常有大学里的人发现一个现象，就以为这是终极答案、
41:03
就能拿来做产品了；
41:05
可实际上，你需要的往往不是一个性能，
41:08
而是好几个性能一起达标—耐用性、能低成本量产，
41:12
而不是李佳若这种手工作坊式的做法，还有惯性和成本的问题。
41:18
Parkin估计，一个器件通常得在性能上比现有方案强出一到两个数量级，
41:23
才值得那笔投资；
41:25
即便如此，一项发现要产生商业影响，往往要花十到二十年。
41:31
G M R花了大约十年，超强合成纤维凯夫拉花了二十年。
41:36
第四，别把它想成一统天下。
41:38
I B M负责M R A M研发的高级经理Daniel Worledge直言，
41:43
那种"交变磁体存储将取代一切竞争技术"的说法，
41:47
极其不切实际。
41:49
他说：二十五年前我就常听人说，M R A M会成为通用存储，
41:55
会取代闪存、D R A M和S R A M，
41:59
样样都最好。
42:00
可事实根本不是这样，因为那几种存储各有各的极度专精、
42:04
各有各的看家本领。
42:06
M R A M也有它的看家本领，但根本不存在一种存储能样样都最好。
42:12
但即便有这么多冷水，这依然是一片真实而广阔的新大陆。
42:16
二〇二二年那篇由Šmejkal、Sinova、
42:19
Jungwirth首次使用"交变磁性"一词的论文，
42:23
已经被引用了一千五百多次。
42:26
西北大学电气与计算机工程教授Pedram Khalili把这个新时代的起点追溯到二〇一六年，
42:31
当时诺丁汉的Wadley证明了你可以用电学的方式去切换一块反铁磁体—这在此前被认为是不可能的。
42:40
Khalili说：我们逐渐明白，很多我们习惯于和铁磁体联系在一起的东西，
42:45
其实并不是从它的磁化里生出来的。
42:47
用磁化去理解磁，是一种非常肤浅的理解方式。
42:52
他的团队最近就做出了一个基于非共线反铁磁性的、
42:55
很有前景的磁隧道结，能在室温下工作、
43:00
用的还是对生产友好的材料。
43:02
Khalili说：这是一个全新的器件，
43:04
配着全新的物理。
43:06
它也是一个机会，让我们彻底重新思考计算的架构。
43:10
也许最大的赢面，是那些我们现在根本还想象不到的东西。
43:15
好，我们把今天这条线收回来。
43:17
你有没有发现，这两篇看似毫不相干的文章，
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骨子里是同一个故事？
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心脏那一篇，炎症并不是什么凭空冒出来的新东西—早在十九世纪五十年代，
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Virchow就在显微镜下看见血管里那团火了；
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一九一三年，Anichkov也看见了动脉里挤满的白细胞。
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线索一直都在，只是"胆固醇"那张地图太强势、
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太好用，把旁边这团火挤到了视野之外，
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让整整几代医生都以为斑块只是"水管里的锈"。
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磁那一篇也一模一样：交变磁体从来就不是新造出来的材料，
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它们大多是早就躺在数据库里、被研究了几十年的老化合物；
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是"磁只有铁磁和反铁磁两种"这本课本，
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让我们对它们身上的超能力视而不见，直到有人用"对称性"这副新眼镜一戴—就像Fernandes说的那样—才猛然看清，
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原来之前有那么多东西根本没看见。
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所以这就是"教科书写漏了"的真正含义：漏掉的东西，
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往往一直就在那儿，只是我们旧的那张地图上没有它的位置。
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科学的进步，很多时候不是发现了一样全新的东西，
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而是换一副眼镜，重新看清了那些一直都在、
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却被我们看漏了的东西。
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但请你别忘了这两篇文章共同的那份克制—它们都是"正在进行中"的科学，
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都带着还没解决的疑问。
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心脏那篇，抗炎到底能给多少人带来多少好处，
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还在CLEAR SYNERGY这样的反例里争论着，
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而且它是叠加、不是取代胆固醇。
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磁那篇，连始祖材料二氧化钌都可能翻车，
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器件还只能在比液氮更冷的温度下、在手套箱里活着，
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离你口袋里的手机还有十到二十年、外加好几道"性能翻倍"的坎。
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真正诚实的科学报道，是把这些"我们还不知道"原封不动地交到你手里，
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而不是把一个试探性的发现，洗成一个板上钉钉的事实。
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最后，给你三句今天值得带走的话。
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第一句：很多病、很多现象，都不止一个原因；
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当旧地图解释不了眼前的病人或数据时，
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别怀疑病人，要去怀疑地图。
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心脏病那四分之一"死得没道理"的人，
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逼出了炎症这条新线索。
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第二句：一样东西真正的本领，常常不在它最显眼的那个特征里。
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磁的魔力不在磁化，而在更深一层的对称性；
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正是这个视角的转换，凭空多出了第三种、
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第四种磁。
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第三句，也是这两篇文章最想让你记住的态度：对"正在发生"的科学，
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既要认真对待它带来的希望，也要老老实实守住它还没回答的那些问题。
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希望和疑问，从来都是一起交到你手上的。
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今天的深度就到这里，我们下期再见。