血液含鐵，會不會被磁場吸走？

蘇一橫

磁體到處都是，幾乎所有的機械和電子設備都要使用帶有磁性的配件，所以，磁場早已成為現代世界不可分割的一部分。在自然界，最容易被磁場吸引的物質自然非“鐵”莫屬，然而，任何有點醫學常識的人也都知道，人體中含有鐵，特別是在血液中。這就引出了一些問題，比如，人體每天都經常接觸磁場，那么血液中的鐵會不會被磁場吸走？磁場會不會損害人的健康？甚至，特別強大的磁場會不會給人帶來生命危險？

為了研究這些問題，科學家曾經做過一組有趣的實驗，而實驗結果卻有些令人意外。

第一個實驗中，科學家使用添加了紅色素的水和塑料管，將紅水從塑料管的上端注入，下端流出，使紅水流動，來模擬人體血管中流淌的血液。在塑料管旁邊，科學家放置了磁鐵，觀察磁場對模擬“血管”有何影響。結果發現，當紅水不含鐵時，磁場不會對其流動產生任何影響;但如果向紅水中加入鐵屑，那么經過磁場時，塑料管中的鐵屑會在磁鐵附近聚集起來，形成栓塞，阻塞“血管”。

顯然，如果人體中含有鐵屑，那么磁場就會造成人體的血管堵塞，危及生命。不過幸運的是，我們血液中的鐵并不是鐵屑形式的單質鐵，而是血紅蛋白的一部分，后者是血液顯出紅色的原因，負責將氧氣從肺部運輸到人體細胞中，并帶走細胞所產生的二氧化碳。

血紅蛋白中含有多少鐵呢？從結構上講，血紅蛋白是一種非常復雜的大分子。可以做一個簡單的對比，血液中水的含量在50%左右，一個水分子只由兩個氫原子和一個氧原子構成。而血紅蛋白就不同了，它的分子由2952個碳原子、4664個氫原子、832個氧原子、812個氮原子，還有8個硫原子和4個鐵原子組成。

鐵原子只有4個？對。可見，人體血液中鐵的含量也不是特別多。一般強度的磁場，血液根本不會對其有所反應。于是，科學家精心設計了第二個實驗。他們用濃濃的豬血代替人血，將其盛放入輕質的泡沫塑料容器中，然后讓泡沫塑料容器漂浮在靜止的水面上，再用具有超強磁力的巨型磁鐵去靠近容器。由于泡沫塑料浮在光滑的水面上，沒有摩擦力，所以即使它受到微弱的磁力，也會在水面上漂移。實驗結果會是怎樣的呢？與人們的預期不同，豬血和磁鐵竟然相互排斥。

血液與磁鐵相互排斥，科學家將這種現象稱作“抗磁性反應”。既然人血中含有鐵，那么血液為何會抗磁呢？其實，磁性與原子的結構有密切的關系。

簡單地說，磁性源于電荷的運動，通電的導體（比如螺線管）可以產生磁場就是這個道理。在原子中，電子通過自旋運動，可以產生微觀的磁場，雖然原子核中的質子和中子也有自己的磁場，但它們比電子產生的磁場要微弱得多，整體上，一個原子的磁場將由電子的磁場來決定。根據量子力學，原子中的電子是以“配對”的形式存在，相互配對的電子會有相反的自旋，就會抵消彼此的磁場。只有當原子或晶體結構中有未配對的電子時，才會顯示出凈磁場。所以，科學家通過計算物質中未配對的電子數，就可以確定其磁性反應。

以單質鐵為例，鐵屑中每個鐵原子的最外層都有4個未配對的電子，這就會使單個鐵原子顯示出較強的磁性。在外部磁場的作用下，單個鐵原子磁場的方向“順從”于外部磁場的方向，所以，鐵原子具有順磁性。

對于血紅蛋白，情況就要復雜得多了。科學家發現，在血紅蛋白中，鐵原子中不成對的電子數量取決于血紅蛋白的氧化程度。比如，脫氧血紅蛋白（即沒有攜帶氧的血紅蛋白）中的每個鐵原子都有4個未配對的電子，使得脫氧血紅蛋白具有微弱的順磁性;但氧合血紅蛋白（即攜帶了氧氣的血紅蛋白）中的鐵原子沒有未配對電子，使得氧合血紅蛋白具有抗磁性。在動脈血中，氧合血紅蛋白占96%以上，靜脈血中，氧合血紅蛋白占60%到80%。可見，血液中大多數血紅蛋白都是抗磁的，而且構成一半成分的水也是抗磁性的。所以，盡管血紅蛋白中含有鐵，血液卻是和磁場相斥的。

無論順磁還是抗磁，磁場對于血液都是有影響的。但不用擔心，因為人類在日常生活中所接觸的磁場都是很微弱的，不足以影響到人體健康。

我們知道，在物理學中，測量磁場強度使用的單位叫做高斯，更大的單位是特斯拉，1特斯拉相當于10000高斯。地球表面的磁場強度只有0.25到6.6高斯，它只能夠影響到鴿子，幫助鴿子找到回家的路。電冰箱使用的磁鐵大約有50高斯，電吉他拾音器大約有100高斯。

普通人有機會接觸的最強大的磁場，就是體檢或醫療中偶爾用到的核磁共振成像（MRI）技術。核磁共振掃描儀使用超導磁體，可以產生15000到94000高斯的強大磁場。這種量級的磁場可以導致氫原子原子核中唯一的質子產生振動，使后者發出可以被儀器讀取的無線電波。對于普通人來說，核磁共振是安全的，除非你的體內有金屬植入物，那才會引起危險——核磁共振成像過程中，任何金屬植入物都會被磁場猛烈地拉扯，對你造成巨大的損害。

如果你吃了大量含鐵的食物，或者某個壞蛋給你注射了一些鐵元素呢？那么鐵會在腸道中被迅速分解，以便被人體吸收，然后變得非常分散，使鐵的含量仍然保持低水平。比如，麥片中的鐵甚至可以保持鐵磁性，但即使它還在你的胃中，也不會被核磁共振儀器的磁場振動起來。所以，如果你攝入或注射了足夠的鐵，與其擔心磁場，你更應該警惕的是金屬中毒。

那么，自然界是否存在一個強大到足以殺死你的磁場？答案是肯定的。但你要去參加星際旅行，才能見識到這種磁場的威力。

在茫茫太空中，當一顆大恒星的質量是太陽質量的1.5到3倍時，它會經歷一場核聚變和引力之間的戰爭，最終，引力將獲勝。在一場被稱為超新星的巨大爆炸后，所有的物質會被引力緊緊地束縛在一起，以至于大部分的電子會被拉進質子中，并結合在一起形成中子，形成我們稱之為中子星的天體。中子星的質量比太陽大，密度更是大得驚人——一茶匙中子星的質量將超過10億噸。中子星通常會以每秒數百轉的速度旋轉，質子和電子在快速旋轉的中子星周圍形成電流，產生上萬億高斯的強大磁場。這足以擾亂發生在你身體中的化學反應和神經突觸，并奪走你的生命。

最后，我們再談一個非常有趣的天體——磁星。大約十分之一的中子星有足夠的表面電流和自旋速度，使它有一個高達4萬億高斯的磁場，這樣的中子星就是磁星。離地球最近的一顆磁星被稱為“AXP1E1048-59”，它距離地球大約9000光年。如果你離它足夠近，比如幾百千米——假設你這時還沒有被宇宙射線射死，那么由這顆磁星產生的強大磁場會把你體內的電子拉出來，然后破壞細胞內的分子鍵，把你的原子一個一個地抽離，你會化成一縷“青煙”，螺旋地飛向這個超大質量的磁星，最終成為它的一部分。

所以，在地球上，人類不會被磁場所害，但如果想探索太空，那么除了宇宙射線和真空，人類還需要警惕磁場的威脅。