尽管磁力对我们来说是不可见的，但它驱动着我们日常生活的许多方面。它驱动着几乎所有旋转物体的电动机：风扇、电动工具和搅拌机。它为我们各种小工具中的麦克风和扬声器供电。而且它对于存储信息至关重要——我们所说的存储信息并不仅仅指将笔记钉在冰箱上。磁力让你能够点击“保存”，关闭电脑，然后安心地离开，因为你知道你的文档、照片和音乐明天依然还在。怎么做到的？你的电脑硬盘包含一个带有数十亿个微小磁性区域的磁性盘片，这些区域被称为比特。它们将你所有的数字文件编码成二进制代码：一串 1 和 0。但与打开汽车引擎盖查看发动机不同，打开电脑硬盘并不能让你很好地了解它是如何工作的。除非你能看到磁力。
磁力跳板
如果我告诉你我构建了一个可以做到这一点的装置呢？我称它为显微镜，仅仅因为它能拍摄非常微小物体的图像。然而，它并非通常意义上的显微镜：我不通过一组透镜来聚焦感兴趣的物体。而是测量我正在研究的样品与一个微小磁性杠杆之间的磁力。这个杠杆就像一块非常小的跳板。非常小。想象一个和人类头发宽度一样长的跳板。差不多就是那样。
就像跳板会因跳水者的体重而弯曲一样，这个杠杆在受到力时也会弯曲。例如，通过在杠杆末端放置一个小磁铁，我可以探测附近样品的磁力。由于异性相吸同性相斥，杠杆可以通过弯曲来感知样品是否具有磁性。因为它非常微小，所以这个杠杆可以感知非常小的力。有多小？考虑一根羽毛的质量——大约 1 克。想象它放在你的手上。当然，力并不大，但仍然可感知：你能感觉到指尖有轻微的压力。这个微小的杠杆可以探测到比那小一万亿倍的力。如果我将单个红细胞放在这个杠杆的末端，它弯曲的程度仍然会很显著。
数字数据的特写
测量磁力有什么用？嗯，有时候，眼见为实。既然你无法用肉眼直接看到磁力，你就需要另一种方式来感知它。这就引出了硬盘图像。在这张图像中，你看到两排比特，它们可能编码了文档、歌曲或照片的一小部分。交替出现的红蓝条纹就是数字的 1 和 0。颜色代表杠杆感受到的力：0 吸引杠杆（蓝色），而 1 排斥杠杆（深红色）。卡通图展示了杠杆悬停在硬盘样品上方，被磁性比特偏转。
根据这些比特所代表的文件类型，它们可能代表大约 6 个字母的文本、照片的 6 个像素，或歌曲的 0.0002 秒。还记得我说过你的硬盘包含数十亿个微小的磁性区域吗？好吧，为了将所有这些比特压缩到你的电脑里，它们必须非常小。事实上，大约 10 张这样的图像可以排在人类头发的宽度上。对我来说，“拍摄”这张图像是一个“啊哈”的时刻——我清楚地看到了硬盘如何存储信息。但这种显微镜不仅能观察当今的技术。它还可以帮助我们研究新材料，测试它们的磁性。随着科技设备的不断小型化，操纵和预测材料性质变得越来越困难。当其中一个磁性比特缩小到单个原子大小时会发生什么？它仍然具有磁性吗？像这样的显微镜是找到这些问题的答案的有力工具。虽然我们的五种感官令人印象深刻，但它们太粗糙，无法捕捉我们世界的细微之处。在微观层面，还有一个完整的宇宙，它常常被忽视或视为理所当然。而且它同样令人惊叹。
