三天後,李水旺開始了新一期視訊。
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」尼采曾說,當你凝視深淵時,深淵也會凝視你;而有了超材料,深淵如何凝視你,取決於你如何設計自己最出色的。」
」今天,我們將探討超材料這一概念。它的定義頗具模糊性,通常被描述為任何經過工程設計、具備自然界中不存在的特性的材料。不過,若你仔細思索這一定義,便會發現它基本上涵蓋了人類從青銅時代至今所製造的所有材料。因為大多數金屬在自然界中很少以純態形式存在,而像青銅這樣的合金,純態存在的情況就更少了。對於某些合金(如玻璃這類雖在自然界中存在覈心成分,但我們已掌握技術能製造出具有不同特性的玻璃),我們或許可以略微放寬對這一定義的解讀。如今,純金屬、合金、半導體、陶瓷、塑料,以及除木材和石頭之外我們日常使用的幾乎所有物品,大多都是我們從基礎原料開始逐步製造出來的材料。」
」然而,就我們今天所要探討的主題而言,上述定義過於寬泛了。大多數被稱為 「超材料」 的物質,其主要特徵是能夠在宏觀尺度上操控光波、聲波以及電磁波特性。因此,我們將以此為依據來縮小超材料的定義範圍。」
」目前,關於先進材料,存在諸多理論上的應用方向,其中包括:計算材料(Computronium):一種理論上可用於計算的材料。中子材料(Neutronium):一種超高密度的穩定純中子物質,存在於中子星中。奇異幔層(Strange Mantle):由上誇克和下誇克之外的其他誇克構成的任何物質。智慧幔層(Smart Mantle)或實用材料(Utility Materials):這類材料能夠呈現出預設的形態。」
」不過,在本期節目中,我們將主要聚焦於電磁超材料和聲超材料。因為這兩類超材料是目前人們瞭解最為深入的,並且已經開始對我們周圍的世界產生影響。儘管某些理論上的應用具有奇妙且極具顛覆性的潛在用途,但即便不考慮這些,電磁超材料和聲超材料的應用也已準備好以一種鮮有人能真正預見的方式,徹底改變我們的未來。」
」我不想過多深入物理學層麵的知識,但超材料的特性通常都與材料的磁導率和介電常數相關。這兩種特性還會影響材料的折射率,而折射率本質上反映了材料對磁場、電場以及光的反應。大多數材料的介電常數和磁導率都為正值,但有些材料要麼介電常數為負,要麼磁導率為負,自然界中不存在介電常數和磁導率均為負的材料。不過,我們今天所討論的超材料,恰恰需要同時具備負介電常數和負磁導率,稍後我們將詳細介紹如何實現這一點。」
」為了便於理解,接下來我會以光為例進行說明,但這一原理同樣適用於可見光、紅外線、微波以及長無線電波。要解釋負折射率,我們可以想像一麵垂直放置的鏡子:當一束光從大角度照射到鏡子上時,比如從左上角入射,它會以相反的角度反射出去,朝著左下角傳播。如果我們用超材料替代這麵鏡子,並且將超材料水平放置,會產生大致相同的反射效果。但神奇之處在於,我們並不需要一麵厚重的鏡子來實現光的反射,相反,這種超材料能夠同時處理多束入射光,並將它們折射出去,就如同存在無數麵互不乾擾的垂直鏡子一樣。」
」具有負折射率的材料被稱為負折射率材料(NIMS),它們具有一種在普通材料中看不到的奇特垂直移動效應。以水為例,普通材料的折射率會使插入水中的棍子在水麵處看起來發生彎折,水麵以上的部分與水下部分無法形成類似鏡子反射的效果,因為普通材料隻能使光發生輕微的向內彎折。」