光的最新研究

admin

牛顿出版他的《光学》一书已有300多年，那个时代的科学实在是神秘而离奇。在过去的十年里，物理学家和工程师们开拓了一条新的途径引导和控制光，例如发明一种镜片来否定对普通镜片分辨率的基本限定，甚至可以做一个隐形衣使物体隐形。

成功的一半源于新的技术，一半来自聪明的想法。技术是“电磁超介质”：组装一批小棍子、环和金属丝，看起来像奇怪的光学道具所用的材料。这个想法是光学的转换，用一个设计来告诉科学家如何调整这种性能的材料来达到一种隐形的效果。

由通过控制光和其他电磁波来运转的材料，当光波进到例如玻璃这类普通的材料时，材料在光中改变了它的导电性和磁场，将波减到一个特定的新的速度，这种减速给这个新的媒介一个不同的折射指数。这个结果解释了为什么一根管子在一杯水中从表面看上去是弯的。在自然物质里，光波进入的角度总会发生弯曲，更大坡度地投入到物质---这标志着折射指数要大于1。

追溯到1968年，俄国物理学家Victor Veselago经过周密思考认为物质可以被设计创造一个折射负指数，可以让光波完全的弯曲。如果水中有折射负指数，那么玻璃杯中的管子会看上去弯了回来。Veselago决定从超级镜片中找这类的物质：一块平板的聚光能力甚至比光学镜片要好。这个观点压制了几十年。上世纪90年代末，伦敦帝国学院的物理学家John Pendry和同事们一起研究出认为，细长型的碳毫微管能帮助他们接受到无线电波。

Pendry 开始思考其他的人造材料如何影响电磁波，铜线和板线圈，或者由电磁场特定的频率来产生“共振”，Pendry意识到他可以通过单独调整超物质的光电磁性能来达到微波的折射负指数，从而产生共振。他也思索过Veselago的超级镜片是可以设计的，它在转换下所看见的物体比光波长的一半还要小。没有普通镜片能打破衍射极限。 Pendry发现，但超物质通过放大它的微量共振来实现，称之为衰逝波，光是在特定条件下产生的。

Pendry的想法引发了一股实验潮，2001年，Pendry和物理学家David Smith组成团队，先后在圣地亚哥的加州大学和北卡罗来纳州达勒姆杜克大学，来组建Pendry的微波折射负指数材料研究---尽管他们要花数年才能让科学界信服。仅几年后，其他的团队就有报告显示了在超级镜片和相关装置超透镜上的初步成功。

事情变得奇怪起来，在2006年5月，, Pendry 和他的同事以及英国圣安德鲁大学也的理论学家Ulf Leonhardt各自报告了通过在水流巨石周围控制光，超物质可以让物体隐形。仅在5个月后，Smith 以及博士后同事 David Schurig（现在罗利市北卡罗来纳州大学）和其他同事公开了环形隐形装置。

这个装置并不完美，它只在微波在特定频率时工作。真正的优势是在它之后的概念。爱因斯坦的广义相对论里，他认识到时间和空间能拉长和弯曲光的轨道，因此Leonhardt 和Pendry 设想在一个圆形的区域里弯曲空间来引导光，能使里面的任何物体都是隐形的。

理论学家认识到他们可以模拟这种极度拉伸的空间，用特定不同的电磁性的超物质来填充未弯曲的空间。他们运用数学理论来制造这种转换，基本上这种理论能让实验者把光弯曲到他们想要的任何状态，提供他们能塑造的相应的超物质。

见证奇迹的时刻到了，2008年研究者做了一个微波隐形服能在一定波长范围内运作。同年，加州大学伯克利物理学家Xiang Zhang 和他同事发明了第一件在三维空间里有效运作的隐形装置。相关的隐形衣需要与红外线和可见光一起合作。

这些研究能引导到哪里很难说，很多Harry Potter的粉丝感到很失望， 他们认为将人形大小的物体在可见波长下隐形是一件风险很大的赌注，但是超物质的微波能有大量特殊的用途。而且转换光学的想法是如此的美好，如果不做点有用的事情真是浪费了这么好的妙计。

上校

光到底是一种什么物质