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導(dǎo) 讀

2025年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)剛剛揭曉，授予在美國開展研究的約翰·克拉克、米歇爾·H·德沃雷特與約翰·M·馬蒂尼斯，獲獎(jiǎng)理由聽起來離我們十萬八千里——“宏觀量子隧道效應(yīng)和電路中的能量量子化”。

第一眼看，這似乎是另一個(gè)我們永遠(yuǎn)搞不懂的、象牙塔里的新名詞。

但是，但是，但是！

如果從表彰原文中拎出這句“面向更早期、無創(chuàng)地捕捉心腦磁等功能信號(hào)，展現(xiàn)出補(bǔ)充 CT/MRI 的潛力與前景”，聰明的科學(xué)伙伴們就會(huì)立馬發(fā)現(xiàn)一個(gè)很有意思的事：這個(gè)看似高冷的獎(jiǎng)項(xiàng)，其實(shí)是在為一項(xiàng)可能從根本上顛覆我們未來“體檢”方式的技術(shù)背書。今天，我們就來聊聊這背后的邏輯。

走，跟伙伴君來！

今日主筆 | 晶恒

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2025諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)出爐：它解決的是CT和核磁看不到的問題

你的身體會(huì)“說話”，只是以前沒人能聽清！

咱們先不說物理，說說身體。

伙伴們都知道，心臟跳動(dòng)、大腦思考，其實(shí)都是生物電活動(dòng)。有電流，就必然會(huì)伴生一個(gè)極其微弱的磁場(chǎng)。你的每一次心跳、每一個(gè)念頭，都在向外廣播著一個(gè)微弱的“磁場(chǎng)信號(hào)”。這些信號(hào)，就是你身體最原始、最真實(shí)的“心聲”。

問題是，這個(gè)聲音太小了，小到幾乎不存在。以前我們做心電圖、腦電圖，要在身上貼滿電極片，像接線一樣去捕捉電信號(hào)。但信號(hào)穿過皮膚、肌肉、骨骼，已經(jīng)被削弱和扭曲了。這好比你隔著好幾堵墻去聽鄰居家的聲音，聽不清還容易聽錯(cuò)。

而這次諾獎(jiǎng)所表彰的一系列研究，催生了一樣“神器”——SQUID（超導(dǎo)量子干涉儀）。你可以把它理解成一個(gè)專門為身體打造的、錄音棚級(jí)別的“超級(jí)麥克風(fēng)”。它靈敏到什么程度？它可以在不接觸你身體的情況下，把你心、腦發(fā)出的那些微弱到不可思議的磁場(chǎng)“原聲”，清晰、無損地“錄”下來。

真正的顛覆：它想解決的，是CT和核磁看不到的問題

你肯定會(huì)問，我們現(xiàn)在不是有CT、核磁共振（MRI）這些很牛的設(shè)備嗎？

這就要說到一個(gè)根本性的區(qū)別了。CT和核磁，更像是給身體拍的“高清照片”。它們的任務(wù)，是找到那些已經(jīng)“成形”的病灶。比如，腫瘤長到了多大，血管堵塞了百分之多少。它們非常擅長回答“是什么”和“在哪里”的問題，但前提是，問題已經(jīng)發(fā)展到肉眼可見的“形態(tài)學(xué)”層面。

而SQUID這類量子傳感技術(shù)，它的邏輯完全不同。它不是去“拍照”，而是去“聽診”。它試圖捕捉的，是疾病在“萌芽”階段發(fā)出的“功能性”異常信號(hào)。

我們打個(gè)比方：一座大壩。CT和核磁，是等到大壩已經(jīng)有了裂紋、滲漏，結(jié)構(gòu)被破壞了，再通過掃描發(fā)現(xiàn)這些問題。而量子傳感，則是預(yù)先埋設(shè)在大壩內(nèi)部的、極其精密的一組應(yīng)力傳感器。在任何裂縫出現(xiàn)之前，只要大壩的某個(gè)區(qū)域承受了不正常的壓力、內(nèi)部應(yīng)力開始發(fā)生微小的、異常的改變（功能性異常），這組傳感器就會(huì)立刻報(bào)警。

前者是“亡羊補(bǔ)牢”，看到破壞再行動(dòng)；后者則是“防患未然”，在破壞發(fā)生之前就洞悉了風(fēng)險(xiǎn)——器官形態(tài)還沒發(fā)生改變前，那些功能性的、細(xì)胞層面的最早期的紊亂。這套邏輯的核心，不再是“治療已病”，而是將診斷的窗口，從“已病”階段，歷史性地推向了“未病”的潛伏期。

所以，今年諾獎(jiǎng)物理學(xué)獎(jiǎng)到底獎(jiǎng)了個(gè)什么？

現(xiàn)在你可能明白了，要造出這么靈敏的“超級(jí)麥克風(fēng)”，背后一定有很深的物理學(xué)原理。這就回到了這次的諾貝爾獎(jiǎng)。

獲獎(jiǎng)的科學(xué)家們，干了兩件為這一切奠定基礎(chǔ)的大事：他們讓一個(gè)電路學(xué)會(huì)了幾個(gè)“法術(shù)”——

“上樓梯”：普通的電路能量是連續(xù)的，像走斜坡。他們?cè)O(shè)計(jì)的電路，能量只能一級(jí)一級(jí)地跳，不連續(xù)。這叫“能量量子化”。

“穿墻術(shù)”：他們發(fā)現(xiàn)，這個(gè)由萬億個(gè)原子組成的電路，作為一個(gè)整體，竟然能像單個(gè)微觀粒子一樣，瞬間從一個(gè)能量臺(tái)階“隧穿”到另一個(gè)，無視中間的障礙。

這兩項(xiàng)發(fā)現(xiàn)合在一起，意味著人類第一次能夠精確地制造和操控一個(gè)“宏觀量子系統(tǒng)”。這個(gè)系統(tǒng)對(duì)外界最微小的能量擾動(dòng)都極其敏感，稍有風(fēng)吹草動(dòng)就會(huì)改變狀態(tài)。SQUID正是利用了這種極致的敏感性，才能夠勝任“聆聽”身體磁場(chǎng)這項(xiàng)艱巨任務(wù)的。

恒意說兩句：科技布局，終歸于人

當(dāng)然，我們得承認(rèn)，這項(xiàng)技術(shù)目前還很昂貴和龐大，主要在頂尖的科研機(jī)構(gòu)和醫(yī)院里，用于解決一些疑難雜癥的診斷。離它像血壓計(jì)一樣普及到社區(qū)醫(yī)院，還有很長的路要走。

但它指明了一個(gè)無比清晰的方向。技術(shù)的演進(jìn)總是會(huì)超出我們的想象，就像幾十年前沒人會(huì)相信，一臺(tái)龐大的計(jì)算機(jī)能被塞進(jìn)我們的口袋里。我們有理由相信，一個(gè)更小型化、更廉價(jià)的量子傳感時(shí)代終將到來。

到那時(shí)，“體檢”的意義或許會(huì)被重寫：不再是一年一度的、尋找壞消息的忐忑之旅，而是對(duì)身體功能狀態(tài)的一次輕松掃描，一次為了更好地維持健康的積極對(duì)話。而這一切，都源于今天，此刻，小伙伴們看到的這個(gè)研究——物理學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室里，對(duì)世界最深層規(guī)律的又一次純粹探索。

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