摘要：在科学的奇妙世界里，总有一些想法看似异想天开，却能引领我们走向全新的认知领域。比如，地球有磁场，它还在不停地自转，这一高一低两个条件，能不能被我们利用来发电呢？毕竟在中学课本中我们就学过，导体在磁场中运动可以产生电势差。
这群物理学家决定薅地球自转的羊毛。图片来源：P. Reid/Univ. of Edinburgh
在科学的奇妙世界里，总有一些想法看似异想天开，却能引领我们走向全新的认知领域。比如，地球有磁场，它还在不停地自转，这一高一低两个条件，能不能被我们利用来发电呢？毕竟在中学课本中我们就学过，导体在磁场中运动可以产生电势差。
在北纬 40 度的地方，地面上静止的物体实际上都在以每秒 350 米的速度运动，用这么高的速度切割地磁场，理论上似乎能产生不少电能。如果你有这样的想法，那你和伟大的科学家法拉第算是想到一块儿去了。1832 年 1 月，法拉第就提出了这个设想，并且马上进行了实验。但很可惜，结果是否定的。
从经典电磁学的角度来看，导体在均匀磁场中运动并不能产生电流，这是一项基本结论。当导体在均匀磁场中运动时，材料中的电荷会受到磁场影响，在导体内迅速移动，进而产生电场。新产生的电场会让电荷不能继续移动，电场和磁场之间会很快再次平衡。所以，要是以为把一节电线放到地上就能发电，那可就太不现实了。毕竟，如果真能这么简单地薅地磁场的羊毛，利用地面上静止的导体发电，那就相当于白嫖地球自转的动能。地球上的导体如此之多，地球自转的能量恐怕早就被耗尽，地球也不会再自转了。
不过在 2016 年，美国喷气实验室（JPL）的两名物理学家克里斯托弗・希巴（Christopher Chyba）和凯文・汉德（Kevin Hand）却有了不一样的想法。他们在《物理评论应用》（Physical Review Applied）上发表论文，表示找到了一些办法，能让在地面上静止的导体从地球自转中获取能量。
我们已经知道，导体在均匀磁场中运动不能产生电流，是因为导体切割地磁场在自身内部产生的电场会抵消磁场的作用。但希巴和汉德找到了一个巧妙的漏洞，如果按照特殊条件布置导体和磁场，就有可能出现一些新电场无法抵消地磁场的情况。
为了实现这种情况，需要找到一种特殊材料，它既有磁屏蔽的效果，导电性又不能太强。将这种材料制成空心圆柱体，并以垂直地球磁场的方向放置，材料内部的载流子偏移产生的电场就不足以抵消地磁场。如此一来，圆柱体两端就能产生微小的电压，并且理论上，这个电压能在实验室中测量出来。当然，根据他们的预测，这样产生的电压并不大，一根长 20 厘米，直径 2 厘米的空心圆柱预计只能产生几十微伏的电压，如果用导线把两端连接起来，也只能输出几十纳瓦的能量。
可别小看这看似微不足道的能量，这确实是在薅地球自转的羊毛，而且实验方式十分新奇 —— 在地球上任何地点（南北极除外，因为这里自转速度太慢），只要把满足要求的圆柱体固定在地上，就能从圆柱体的两端获得几乎无限的能源。这简直就像永动机一样！当然，严格来说这并不是永动机，因为这样的装置实际上是将地球自转的动能转化成自身的电能，并没有打破能量守恒。如果非要把它算作 “永动机”，那光伏发电或许也能算一种 “永动机” 了，毕竟太阳还能再燃烧 50 亿年，这对大部分人来说就相当于永远。但薅地球自转羊毛的优势在于，只要地球还在转，只要地球还有磁场，它就能在地球表面任何位置（南北极除外），以恒定的功率输出电能，不用像光伏一样担心天气、气候的影响。
这么天方夜谭的实验方法，自然很快遭到了各种各样的批判。有物理学家试图寻找他们理论上的漏洞，有的则按照他们设想的方式进行实验，结果什么都测量不出来。这也正常，几十微伏的电压实在不好测，温度可能会造成影响，甚至光照带来的光电效应也可能干扰实验结果。希巴和汉德尝试用更多理论解释来捍卫他们的猜想，但他们心里清楚，最关键的还是用真实的实验数据证明自己是对的。
2025 年，在提出初版理论的 9 年后，希巴等人在《物理评论研究》（Physical Review Researsch）上发表论文，表示他们成功测量到了由地球自转切割地磁场产生的电压。
他们制作了一个 30 厘米长，内径 2 厘米，外径 3.3 厘米的空心锰锌铁氧体圆柱体，将其相对于水平面抬起 57°，沿着南北方向放置，这样圆柱体与地球磁场和地球自转方向都垂直，他们预测这种布置将产生最大电压。如果一切顺利，他们大约能测量到 13.7±7.2 微伏的电压。
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实验配置如图。圆柱体放置在倾斜的表面上，使其垂直于地球的磁场和地球自转的方向。用万用表记录圆柱体两端的电压。实验在黑暗中进行，避免光电效应污染信号。图片来源：C. Chyba/Princeton University
在实验过程中，为了避免光电效应的干扰，他们关上了所有的灯，实验在黑暗中进行。他们还需要严格记录圆柱体两端的温差，因为根据赛贝克效应（热电效应），温差也能产生电压。在他们的实验中，圆柱体两端的温差 “高达” 0.3℃，这会导致圆柱体两端产生 120 微伏的电压差。
在扣除了温差电压后，他们发现圆柱体两端还剩下 18 微伏的电压。并且这个电压取决于圆柱体的朝向，当圆柱体与地磁场垂直时，电压最大；圆柱体和地磁场平行时没有电压；圆柱体相对初始位置旋转 180°，电压依然会最大，但方向和初始状态相反。研究人员还用对照圆柱体进行了同样的实验，在不满足磁屏蔽和弱导电性的对照组，他们测不到这样的电压。为了排除环境的干扰，在实验室中做完实验后，他们还把整套实验装置搬到一栋住宅楼里再次实验，同样发现了这样的电压。研究团队表示，他们成功 “薅” 到了地球自转的羊毛。
希巴表示，下一步最关键的是需要找到一个独立的研究团队，复现他们的成果。如果他们的成果最终被证实，那么或许可以继续优化实验设置，这一现象甚至可以直接被用来发电。但一个圆柱体产生的电压差实在太小，在他们的实验中，只有 18 微伏。希巴推测，将许多微型的圆柱体组建串联起来，或许能提供有用的电压。
法国马赛大学的物理学家卡洛・罗维利（Carlo Rovelli）没有参与这项实验，他表示，在匀强磁场中运动的电荷能量应该是守恒的，这似乎从理论上排除了用自转切割地磁场发电的可能；但同时，由于实验中的电荷是在固体中进行的，而在固体中，这一结论的先决条件 —— 匀强磁场便不再成立。至于这一现象究竟能不能发电，他的想法可能和大家一样：“我不知道，但这个想法确实很有趣。”
这项研究为我们打开了一扇全新的大门，虽然目前还存在诸多不确定性，但科学的进步往往就源于这些看似大胆甚至荒诞的尝试。未来，我们或许真的能从地球自转和地磁场中获取稳定的能源，为人类的发展提供新的动力。
来源：人工智能学家