这场意外里，安卓手机毫发无伤，苹果设备居然近乎全灭

From Cloudiiink 中科院物理所 2019-04-02

正在调试安装过程中的 CT成像系统

最近在美国一家医院的系统专员(Systems Specialist)遇到了一个很大的麻烦……他们给医院里新增了一台 MRI，也就是磁共振成像，的过程中出现了一点意外。医院中的很多苹果设备，比如 iPhone 和 Apple Watch 都彻底不能工作。该单位里面的工作人员把相关的消息发布在 reddit 论坛上[1,2,3]，总计大约 40 部苹果设备，包括手机、平板电脑和苹果手表都受到影响。

最让人觉得奇怪的是，明明苹果设备全都瘫痪了，但是安卓手机却没事，而且靠近 MRI 的其他计算机设备也不受影响。[4]

来自太阳的元素

Helium

©Chris Morrison

想要知道为什么，这个故事还要从太阳讲起。

门捷列夫最开始提出将已发现的元素试图进行排列和列表，发现其中的规律。在发布第一版的时候，但是元素周期表上还有很多的空缺。

不同颜色的光的波长不尽相同

当时人们对于光学的认识已经十分深入，尤其是对光波长的测量，可以精确到纳米的量级。通过在两个平行的平面镜（法布里－佩罗干涉仪，英文：Fabry-Pérot interferometer）之间来回反射，微小的光波长之间的差别不断累积起来，被放大到可以肉眼观察的光的明暗条纹变化。因此能不能通过测量光谱来确定和发现新元素呢?

白光在通过三棱镜之后，由于不同色光的折射率不尽相同，白光产生色散，分解为不同颜色的色光

回到光学上，牛顿发现太阳光在通过三棱镜以后，可以变成彩虹的颜色。人们意识到，我们平时看到的白色的太阳光其实并不是白色的，而是由各种色光混合而成的。但是我们的老天爷似乎总想要点「不完美」，英国的化学家威廉·海德·沃拉斯顿在 1802 年注意到有一定数量的黑暗特征谱线出现在太阳光谱中。通过不懈的努力，他一共标注了 570 条谱线。

在可见光范围内的太阳光谱与夫琅和费谱线 ©wikipedia

在这之后，夫琅和费同样独立地再度发现这些谱线，并且开始系统性的研究与测量这些谱线。他们发现这些消失的谱线，恰好和一些元素加热以后释放出的谱线相同。所以，太阳上这些消失的谱线都和太阳上的元素一一地对应着。

各色的霓虹灯，里面就是充上了不同的稀有气体。甚至霓虹灯这个名字是半英语音译：霓虹发音近似于英语的 neon（氖）并在汉语里有彩虹的含义。©Lam Yik Fei /《纽约时报》

1868 年 8 月 18 日，法国天文学家皮埃尔·让森在印度的贡土尔观测日全食时，发现了一条波长为 587.49 nm 的亮黄色的谱线。起初，他们觉得这个是来自钠元素，钠元素在这附近有 589nm 和 589.6nm 两条谱线。不过在进一步的研究之后，人们确认了这其实是一种当时还未在地球上发现的新的元素。

由此，这个元素就被命名为了 Helium，也就是「太阳」。中文名「氦」则是由徐寿音译而来，加上用以表示常温下的形态的「气」的偏旁。

这里有之前没见过的新东西

Superconductor

把空气压一压，冻一冻，就能把原本是气态的空气转化为液态。人们通过这种方法制得液氮，液氧，但是一直没有办法制造得到液氦。一直到 1908 年，昂内斯才首次制造出了液氦，创造了当时最低人造温度的世界纪录。昂内斯也因此被称为“绝对零度先生”。利用低温的特性，昂内斯得以探索当时还无人触及的低温的世界。借由此，他也顺利得打开了超导的大门[6]。

一大碗液氧，和平时处于气态的无色透明的氧气不同，液化以后，液态的氧呈现为淡蓝色 ©periodictable

当时，有部分科学家，比如开尔文勋爵，认为温度达到无限接近绝对零度的时候，电子会倾向于被凝固住，从而导体中的电阻会变得无限大。对于开尔文勋爵，一般我们更熟悉他在 1900 年著名的「两朵乌云」的演讲。但是昂内斯对此持反对态度，他认为随着温度的降低，导体内的电阻会稳步下降，直至降为零。当然我们现在已经知道，两个说法都不太正确。

超导磁铁在轨道上悬浮，近乎无摩擦地滑动

利用只此一份绝无分店的液氦，他把金、铂、汞等金属冷却到将近 -269 °C，意外地发现汞的电阻急剧地减小，电阻甚至小到了仪器根本测不出来。而这正是超导体的一个重要特性——零电阻。

零电阻有多重要呢？我们平时输送电能，不可避免地导线上会有电阻存在，从而发热浪费了很多的电能。另外一个与我们的生活关系更为密切的是，电流能够产生磁场，当我们需要很大的磁场时，就需要很大的电流，从而发热功率特别高。这么大的发热量，一般的导体根本无法承受，也只有超导体才能够胜任这个严苛的条件。

给原子核拍个照

Magnetic Resonance Imaging

所以回到文章开头，也就是这次事件的主角，磁共振成像 (Magnetic Resonance Imaging，简称MRI)通过外加梯度磁场检测原子核发射出的电磁波，从而得知构成这一物体原子核的位置和种类。比如在医学上，就可以方便得对人体内进行成像，观察人体内部组织和结构的病变[7]。

来来来，猜猜这些都是什么的 MRI 成像图案

实际上，我们利用磁共振成像（MRI）看到的人体中水分子内的氢原子核。在把物体放置在磁场中后，用适当的电磁波照射，就改变氢原子的旋转排列方向，使它产生共振。

现代磁共振成像的扫描仪往往都需要高达 3 特斯拉的磁场强度。别看这个数字不大，要知道地磁场磁场强度才为 0.000025 特斯拉至 0.000065 特斯拉，这时候就需要借助液氦辅助降温的超导体。

事情的真相究竟是啥

The Truth

在这次医院这次对 MRI 的安装过程中，总计泄露了约 120 升的液氦，也就是约 90000升的氦气。不要觉得这个是小数目，现在的氦气都是不可回收资源，一旦泄露到空气中，提取的成本堪比黄金。而且因为氦气很轻，它们还会不断地脱离地球，飘到太空中去。

在对本次事故中受到影响的电子设备进行统计以后，大家意外地发现这次针对的都是更为新款的苹果设备，比如 iPhone 6 以及更高版本，当时的楼内iPhone 5 并没有受到影响。

微机电系统（Microelectromechanical Systems，缩写为 MEMS）

经过仔细的排查，人们的焦点最终锁定在了手机内的微机电系统 (Microelectromechanical Systems，缩写为 MEMS)，也就是陀螺仪，加速度计，定时震荡器等尺寸为微米量级的设备上。不过，在安卓手机中也存在上述设备，为啥它们就还好好地呢？[5]

音叉状的石英晶振 ©wikipedia

在手机内部都要有一个时钟，控制软件的时间顺序。以往人们采用石英晶体，利用压电效应，在加上电压以后，晶体会产生形变。如果我们加上的是交变的电压，那么晶体也会来回震荡。当频率和晶体的本征频率一致时，达到共振状态。在较新的苹果设备中，苹果公司使用 SiTime 公司生产的尺寸更小，功耗也更低的 MEMS 硅振荡器 sit1532 [8] 来取代传统的石英振荡器，它同时还拥有更多优异的性能。不过似乎这个器件对氦气的渗透有点无能为力，甚至只能罢工。

氦气分子示意图

氦气如此强的渗透能力主要是因为其以单原子的形式存在，正负电荷的中间靠得非常近，极性特别小。在原子和分子层面，电磁相互作用起着绝对的主导作用。因为氦原子极性极小，从而电磁作用非常弱，而且本身原子就很小，所以氦气的渗透性非常的强。这次的事故，就是来源于氦气渗透进了手机内部最为关键的时钟部件，导致器件失效。

针对氦气，iFixit 还做了个实验 [9]……在氦气内放差不多几分钟以后，手机就停止了工作。

不过小编并不建议大家在家里尝试，一方面氦气不容易获得。虽然说把手机关闭后，氦气会自然地散逸出来，但是最开始出事的部分设备在静置通风数天系统以后还有很严重的问题，有的触摸屏依旧是失效的……

最重要的一点，这个实验真的好贵啊……

土豪请忽略上面那句话

参考链接:

[1]reddit.com/r/sysadmin/comments/9mk2o7/mri_disabled_every_ios_device_in_facility/

[2]reddit.com/r/askscience/comments/9mk5dj/why_would_an_mri_disable_only_ios_devices/

[3]reddit.com/r/sysadmin/comments/9si6r9/postmortem_mri_disables_every_ios_device_in/

[4]zhuanlan.zhihu.com/p/48257882

[5]ifixit.org/blog/11986/iphones-are-allergic-to-helium/

[6]en.wikipedia.org/wiki/Fraunhofer_lines

[7]en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_resonance_imaging