地球的磁层是各种能够感知其存在的物种的指路明灯。

物理学家现在在动物身上发现了两种传感器，它们可以探测到接近量子极限的磁场，这些信息可以改进我们自己设计的磁力计设备。

通过多种方式，比如富含铁的细胞对磁场的引力作出反应，或者眼睛后部的光感受器化学的偏向，磁感受已经在进化史上作为一种指导全球生命的手段而出现。

克里特岛大学的物理学家Iannis Kominis和Efthimis Gkoudinakis很想知道生物解决方案与先进的磁力计技术相比如何，他们评估了三种适应方法的能量分辨率极限，发现其中至少有两种方法接近磁场探测的量子极限。

几千年来，人类一直在地球指南针的指引下，在未知的世界里航行。

今天，我们要想对微弱或高度受限的磁场强度给出一个精确的数字，就需要对电磁的量子性质有详细而彻底的了解，这不仅提高了灵敏度，而且使我们能够预测任何测量的物理极限。

计算磁场的推力和拉力的基础是测量磁场中所含能量的能力。随着我们测量磁性的能力变得越来越精确，量子不确定性也越来越占据主导地位，就好像宇宙对任何事情都不太确定，因为我们继续关注它的细节。

更大的挑战是，量子级系统倾向于与其环境纠缠在一起，在磁场减弱的能量下，线会变得更加模糊。

能量分辨率极限（ERL）是代表传感器掌握的量子系统经济性的参数的混合，其中包括对其不确定性的估计，感测区域的大小以及进行测量的时间或带宽。

最终的结果是一个随时间推移的能量单位，相当于一个被称为普朗克常数的量子单位，它既允许工程师比较现有技术的精度水平，又可以评估任何潜在系统达到甚至超过被认为是极限的能力。

对于Kominis和Gkoudinakis来说，传感器ERL的计算提供了一个完美的机会，可以将生物磁接收控制在量子标准下，并观察它们如何与我们的最佳尝试相对抗。

目前，有几种广义的方法被认为是生物探测地球磁场的方法，即感应、自由基对和磁铁矿机制。第四种方法，结合磁铁矿与自由基对方法，也被考虑。

感应机制将磁场中的能量转化为生物系统中的电能，引发一系列最终影响行为的变化。例如，在2019年，研究人员提出，地球磁场可能会产生一种微妙的电压差异，鸽子耳道内的毛细胞可以检测到，从而影响其平衡。

自由基对机制涉及附着在不同分子上的未配对电子之间的相互关系。

在磁场作用下，这种配对的平衡变化足以影响化学反应的性质，引发由磁场方向决定的一系列生物效应。

基于磁铁矿的磁感应是一种更直接的方法。生物细胞中铁基化合物的微小晶体被认为对磁场产生反应，其力大到足以被检测到，迫使微生物细胞定位自己，或触发动物从东西感知它们的南北。

虽然该领域的研究仍在进行中，而且在很大程度上仍是推测性的，但每种机制都有高度敏感的潜力，可能会揭示出我们探测微弱或受限磁场信号的新方法。

Kominis和Gkoudinakis的计算发现，感应机制还没有达到量子级别的灵敏度。然而，采用激进配对的测量方法可能会像我们自己的技术一样接近量子极限。

它不仅可能为创新指明了新的方向，而且这些发现可以为未来的实验提供信息，以了解地球上生命进化的各种方式，这些方式是由头顶上看不见的磁性笼子引导的。

这项研究发表在PRX Life 3上。

来自：知新了了