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把潜艇藏起来!——声学斗篷研究进展

(2009-09-14 23:33:38)
标签:

隐身

潜艇

国防

物理

科学基础

互补材料

坐标变换

地震波

教育

(注:此文系本组研究生魏森同学撰写的,我在他的原稿基础上,做了一些小小的补充。)

 把潜艇藏起来!——声学斗篷研究进展

                                        图一

电影中小魔法师哈利·波特(Harry Potter)的隐形斗篷,大家都很熟悉,但,熟悉归熟悉,没人认为那样的隐形斗篷在现实中会真实存在的。可是,物理学家们的研究表明,隐形斗篷有实现的科学基础!

 

近几年,隐形斗篷是科学家们非常关心的一大热点。2006年,Leonhardt [Science 312, 1777 (2006)]Pendry等人[Science 312,1780 (2006)]提出了第一类“隐身斗篷”。他们利用坐标变换的方法,使材料具有连续变化的、各向异性的折射率,使得电磁波可以绕过材料的中心区域,从而中心区域中可以放置任何物体而对外部的电磁波无任何影响,当然也就不能被看到了,即实现了隐形(见图一)。

把潜艇藏起来!——声学斗篷研究进展

                    图二【此图源自:Eur. Phys. J. Appl. Phys. 48, 20501 (2009)】

但是这类“隐身斗篷”存在一个很大的缺陷:虽然外面的人看不到里面的东西,但是里面的人同样看不到外面的东西。因此,Lai and ChenPRL. 102. 093901)提出了另一种“隐身斗篷”的方案,即第二类“隐身斗篷”,在这个方案中,可以把物体放到隐身衣的外部,从而使物体能接收到外来的电磁波,如此就把“瞎子”给治好了。这类“隐身斗篷”是利用互补性材料的性质,使物体对电磁波的散射完全被抵消掉,看起来整个系统和空气一模一样,如此则实现了对物体的隐身。

随后,考虑到这种新型“隐身斗篷”在声学领域的应用前景,我们课题组将此方法拓展到了声学领域(见B. Liu and J. P. HuangEur. Phys. J. Appl. Phys. 48, 20501 (2009) ,或者,请点击下载:http://www.physics.fudan.edu.cn/tps/people/jphuang/Mypapers/EPJAP-1.pdf ),使物体在听觉上被隐藏起来,即无法被外界探测到,但,该物体却可以探测外界(见图二)。例如,这种声学隐身斗篷可以应用于潜艇,它可使敌方声纳探测不到它的存在,而它却可探测到敌方的存在。值得注意的是,这里的从听觉上隐藏不是人听不到潜艇发的声音,而是潜艇对外界的声音(声纳)探测,没有响应,从而无法被探测到。

后记:

此外,我们也注意到,不少学者正在尝试把这种隐身原理应用到地震波上,试图避免地震波对建筑物和人类的伤害,当前已经取得了突破性进展。总之,为了国计民生、为了人类的生存,物理学家们可以做得更多、更好。让我们一起努力!

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