量子传感器能否在60公里外检测你的心跳？
Derek Muller
物理学博士，科学传播者，Veritasium频道创始人。出生于澳大利亚，在加拿大长大，拥有悉尼大学物理学博士学位。频道订阅者超过1500万。
一伊朗沙漠中的生死营救
2026年4月3日，伊朗军队在伊斯法罕上空击落了一架美国战斗机。机上一名飞行员和一名武器系统军官成功弹射，但命运截然不同——飞行员在7小时内被美军成功营救，而武器系统军官却落入敌方腹地，而且身负重伤。面对伊朗军队的步步紧逼，他只能躲入山区深处，等待救援。
这名军官携带了救援信标，可以向美方发出位置信号。但问题在于：他每次发射信号都必须离开掩体，而且伊朗方面有可能截获信号并抢先找到他。因此信标只能极为克制地使用。 ——营救困境的核心矛盾
盲扫整个区域可能需要数天甚至数周时间，但令人震惊的是，仅40小时后美方就宣布军官已被成功营救。据《纽约邮报》报道，CIA部署了一种被称为"幽灵低语"（Ghost Murmur）的前沿装置，据称能够从数公里外探测到人体心脏跳动产生的磁场。消息一出，媒体陷入狂欢。但这一技术真的存在吗？
二心脏真的能产生可探测的磁场吗？
电流通过导体时会在其周围产生磁场，这是基本的物理定律。人体依靠电信号在神经元中传导来运作，因此组织和器官都会产生微弱的磁信号。心脏肌肉以高度协调的方式收缩，其产生的磁场是人体中最强的，约为50至100皮特斯拉（pT）——比大脑产生的第二强磁场高出10到100倍。
然而即便如此，心脏磁场仍然比地球磁场弱约一百万倍。正因为如此，直到1963年科学家才首次探测到心脏的磁场。那次实验不得不在远离实验室设备、电梯和汽车产生的磁噪声的野外环境中进行，而且探测装置必须保持绝对静止——哪怕是最轻微的振动也会破坏测量结果。
即便是最微小的振动都会让探测器产生噪声，这种条件下的实验绝不可能部署在直升机或军用无人机上。 ——早期心脏磁场探测的严苛限制
心脏磁场的发现本身就是一个里程碑，它证明了人体的电磁活动可以被外部探测。但要将其应用于远距离军事侦察，还需要革命性的技术突破。在那之后，磁力计技术不断进步，但始终面临着灵敏度、屏蔽要求和动态范围之间的取舍。
三从超导SQUID到钻石传感器
到了1970年代，超导量子干涉器件（SQUID，Superconducting Quantum Interference Device）横空出世。这些磁力计灵敏到可以探测仅几飞特斯拉的磁场。美国军方迅速将SQUID安装在飞机和直升机上，试图用来探测潜艇等大型磁信号。不过这个项目始终未能真正推广开来。
SQUID虽然让心脏磁场的探测变得更加容易，却有一个关键局限。它们通常需要在严格控制的屏蔽房间内运行，无法处理大范围的背景磁场变化和电磁干扰。每一代新的磁力计都试图解决前一代的问题，但总是在屏蔽、灵敏度和动态范围之间存在取舍，使得它们在野外探测心跳方面始终不切实际。
这新一代量子磁力计可以在室温下工作，这才是真正令人兴奋的地方。它们还是固态传感器，可以非常实用，制成更加坚固耐用的形式。 ——专家评价新型钻石磁力计
直到1990年代，物理学家开始关注钻石中可能存在的特殊缺陷——这些缺陷最终可能绕过传统磁力计的种种限制。这一思路的转变催生了后来被称为"氮空位中心磁力计"的革命性技术方向，也正是《纽约邮报》报道中所提到的"合成钻石"传感器的理论基础。
四氮空位中心：钻石如何感知磁场
纯净的钻石只是碳原子的有序晶格，对磁场没有有意义的反应。但当你在晶格中引入缺陷——用一个氮原子替换一个碳原子，并移除相邻的一个碳原子留下一个"空位"——就形成了所谓的"氮空位中心"（NV Center）。当这个缺陷捕获两个未配对电子时，它就变成了一个精密的磁场探测器。
电子自旋——天然的微型磁铁
电子有一个内禀性质叫做"自旋"（Spin），可以简单理解为电子就像一个微型条形磁铁，可以指向上或指向下。当暴露在外部磁场中时，这个磁特性会与磁场对齐或反向对齐。NV中心中两个电子的自旋组合产生三种状态：自旋磁量子数 ms = +1、ms = 0 或 ms = -1，它们对应不同的能量水平。
要理解NV中心如何感知磁场，关键在于"能级分裂"。在没有外部磁场时，ms = +1 和 ms = -1 处于相同能量水平，只产生一条微波吸收线（波长约10.4厘米）。但当施加外部磁场时，这两个能级会向相反方向移动——这正是"塞曼分裂"（Zeeman Splitting）效应。磁场越强，分裂越大，通过测量微波吸收线的间距就可以精确确定外部磁场的强度。
能量分裂与磁场强度直接成正比
实际的钻石磁力计工作原理是这样的：用激光照射钻石，NV中心在吸收特定波长微波的同时会发射荧光。当微波频率恰好匹配能级间距时，荧光强度会发生变化。通过扫描微波频率并监测荧光信号，就能精确读取外部磁场的强度。
有十年时间没有人想到用它们做传感器。这需要一种思维方式的转变。一旦你转变了思路，就会恍然大悟："天哪，这东西大有用处。" ——研究者回顾NV中心磁力计的发现历程
到了1990年代，NV中心的能级结构已被完整描绘出来，但用于磁力测量的想法却花了十年才被提出。2022年，研究人员成功在开胸手术条件下将钻石放置在距大鼠心脏不到2毫米处，探测到了心脏的磁信号。虽然这是一个重要里程碑，但距离公里级的远距离探测仍然有着天壤之别。
五从物理原理到距离极限
磁场强度随距源头的距离的立方衰减，这意味着距离增加时信号急剧减弱。如果心脏磁场在胸部表面测量为50皮特斯拉（5×10⁻¹¹ T），那么仅100米之外就衰减了十亿倍，降至5×10⁻²⁰ T。而到了50至100公里的距离上，信号可能低至10⁻³⁰ T。
那么目前最灵敏的磁测量能达到什么水平？在屏蔽房间内、在心跳频率范围内，人类有史以来最灵敏的测量达到了10⁻¹⁵ T级别。要从这个水平提升到探测60公里外的心跳信号，需要比SQUID灵敏15个数量级，比NV钻石传感器灵敏18个数量级的系统。
除了灵敏度问题，实际环境中的干扰源更是不可忽视。伊朗的山丘上并不缺少动物——它们也有心跳，有些心脏甚至比人类更大。搭载探测器的无人机或直升机本身也会产生强大的磁噪声。此外，NV钻石传感器还需要面对地球磁场本身的巨大背景噪声。
18个数量级，这听起来几乎是不可行的。而且伊朗的山里不是没有动物，它们也有心跳，有些心脏可能比人类的还大。 ——专家对远距离心跳探测可行性的评价
物理定律清楚地表明：利用NV钻石磁力计在数公里外探测心跳，在可预见的未来中，远远超出了技术能力的极限。即使CIA拥有超越公开研究数十年的秘密技术，跨越这么多数量级的鸿沟仍然难以想象。
六幽灵低语的真相与战略欺骗
如果"幽灵低语"技术极可能是虚假的，那么为什么这条新闻会出现？前CIA特工指出，欺骗敌人和制造虚假叙事的做法可以追溯到数千年前。最著名的案例之一发生在二战期间：德国轰炸机频繁在夜间袭击英国，而英国战斗机总能在黑暗中找到并拦截它们。
二战中的经典战略欺骗：胡萝卜传说
英国官方告诉媒体，飞行员之所以能在夜间精准发现敌机，是因为大量食用胡萝卜改善了夜视能力。但专家普遍认为，这实际上是用来掩盖英国战斗机上安装了雷达的事实。关于"胡萝卜有益视力"的流行观念正是源自这场信息战。
那么"幽灵低语"是否也是一次类似的战略欺骗？《纽约邮报》的文章仅有单一来源，多数专家对其真实性持高度怀疑。前CIA官员也暗示，已知的营救手段（如追踪信标信号）以及可能使用的其他情报方法，根本不需要如此科幻的技术。
你看看历史上的案例，欺骗敌人这种事——尤其是当你有某些脆弱性需要保护时——可以追溯到几千年前。 ——前CIA行动官员谈信息欺骗的历史
但NV钻石磁力计确实存在，而且具有真实的军事应用价值。它们最引人关注的用途不是探测心跳，而是作为导航设备。地球磁场在全球各地形成了独特的模式，如果了解这些磁场的细微变化，就可以在不依赖GPS的情况下确定自己的位置。在GPS欺骗和干扰日益严重的当下，这种能力极具战略意义。
NV磁力计的真正价值：量子导航
地球磁场在全球各处存在独特的空间模式。通过将物体放置在这个"磁场地图"中，并已知所有扰动和不均匀性，就可以推断出自己所处的位置——无需任何GPS信号。这正是各国军方对NV传感器技术严守秘密的原因，也是研究人员被迫签署保密协议的真正动机。
最终结论是：NV钻石磁力计是真实存在的前沿技术，确实具有潜在的军事应用——但探测数公里外的心跳大概率不是其中之一。"幽灵低语"更像是一场精心编排的信息行动，其目的可能远比探测一颗跳动的心脏更加复杂和深远。
《纽约邮报》向来是刊登趣味虚构作品的绝佳之地。这个故事在发布前一天，还有另一篇报道称他们使用了一种寻呼机技术来定位他——这些方法是我们已经知道的。 ——专家对"幽灵低语"报道可信度的评价