04.13 MIT前沿突破,科幻世界的隱身術要實現了嗎?

Marin Soljačić教授是MIT著名的物理學家,由於其在無線非輻射能量轉移方面的研究而聞名於世,他研究的短距無線能量轉移率達到了40%。該項技術已在手機充電領域得到運用。Marin Soljačić教授目前專注於材料的電磁特性,包括納米級非線性光學設備和表面等離子體,獲得了包括美國物理協會在內的許多知名機構頒發的獎項。

MIT前沿突破,科幻世界的隱身術要實現了嗎?

美國物理協會是僅次於歐洲核子研究組織的世界第二大物理學組織,發表十餘種頂尖科學期刊,每年舉辦20多場科學會議,約有四萬多會員。

麥克阿瑟獎,俗稱“天才獎”,被視為美國跨領域最高獎項之一。該獎創立於1981年,由麥克阿瑟基金會(John D. and Catherine T. MacArthur Foundation)設立,基金會總部設在芝加哥,獎金頒發給在各個領域內具有非凡創造性的傑出人士,獲獎者一般是各自專業內的領軍人物。獎金額50萬美元。每年評選各領域20至25名傑出人士。

Marin教授喜歡研究納米光子這個領域,原因是他發現這是一個特別前沿的領域,研究光在納米尺度上有什麼規律,既可以有基礎的研究突破,又可以有實踐的應用突破。例如在電磁場理論建立的初期,像愛迪生、特斯拉都是一方面在理論上實現了很多突破,另一方面在實踐上能夠成立公司,能夠有商業回報,也解決了電力傳輸問題,照明問題等。在量子理論建立的初期,一方面是量子理論突破,另一方面又有很多實際產品突破,像半導體、核電站、激光。因此在Marin教授眼裡,科研只要選對了方向,找到了前沿,是可以兼顧到理論和實踐的。理論和實踐只能偏其一,只是因為你不夠強,只是因為你選的方向不夠準。

MIT前沿突破,科幻世界的隱身術要實現了嗎?

Marin Soljačić教授為創新考察團做講座

Marin教授認為在納米領域裡,光子有很多奇特的特性可以被展現出來,甚至可以藉助這些特性和法則建立一個不為人們熟知的物理世界,到那時,隱身斗篷是可以實現的,光可以繞過前面的物體,直接向後傳播,當光射到人的眼睛裡時,那個被繞過的物體就被隱身了,因此科幻世界的想象可能可以在納米光子這個領域裡面實現,這是一個多麼有趣的事情。

興趣和樂趣是不夠的,要做出成就需要靈感,而靈感來源於專注。Marin教授專門分享了他幾個重大突破的那個靈光一閃的瞬間是怎麼出現的。用磁共振的方式實現短距無線充電來自於他研究波的理論。在物理世界裡,波都遵從麥克斯韋方程,包括光波,波背後的規律是非常統一的,而且是非常簡潔的。十多年前的一天早晨,他被昨夜忘了充電的手機的嘀嘀聲吵醒,為的是提醒這個手機的所有者去充電,當時他就在想能不能用一個辦法能夠使充電方便易行,例如擱在桌上就能充電,這樣手機就不用吵我了呢。這時候靈光一閃,他想到了麥克斯韋方程,想到電磁波、微波都遵從麥克斯韋方程。如果都遵從的話,根據麥克斯韋方程,它們會產生共振,可以傳遞能量,因此他就想到用共振的方式去解決能量傳遞,在短距範圍實現無線充電。“懶”可以是人類進步的動力,在Marin教授這兒就得到了證實。

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諜照·MIT校園

麥克斯韋方程組(Maxwell's equations),是英國物理學家詹姆斯·麥克斯韋在19世紀建立的一組描述電場、磁場與電荷密度、電流密度之間關係的偏微分方程。它由四個方程組成:描述電荷如何產生電場的高斯定律、論述磁單極子不存在的高斯磁定律、描述電流和時變電場怎樣產生磁場的麥克斯韋-安培定律、描述時變磁場如何產生電場的法拉第感應定律。

從麥克斯韋方程組,可以推論出電磁波在真空中以光速傳播,並進而做出光是電磁波的猜想。麥克斯韋方程組和洛倫茲力方程是經典電磁學的基礎方程。從這些基礎方程的相關理論,發展出現代的電力科技與電子科技。

他的另一個突破是他不光從理論上證明了可行,而且從實踐上找到了只吸收某種特定光線或者只散射某種特定光線的材料,即一張表面上看起來是透明的膜,如果你用一束可見光去照射它,那麼它可以被完全穿透,也就是說這個膜是透明的,但是如果你用特定的顏色的光去照射它,那麼這個顏色的光就不能被穿透,只能被散射,換句話說,這個顏色就在這個屏幕上留下來了,因此如果你事先寫好了這個顏色的光不能被穿透的文字的話,它就會顯現出這個顏色的文字。而這一發現的靈感來自於Marin有一次和他太太去度假,他躺在海灘上欣賞美景。頭上的藍天讓他想到這個藍天上如果能夠顯示各種東西用作屏幕能有多好,但是透明就是透明,能顯示就是能顯示,可不可能同時具備兩種特性呢?天空本來不應該是藍色的,因為天空只有空氣,顯示成藍色是因為光線在穿透大氣層的時候,只有藍色波長的光出現了散射,這時人們看到的就是藍色的天空,而其他波長的光都能夠順利地穿透大氣層,沒有散射也就沒法呈現了。因此Marin教授就想,既然有些物質能夠對某些特定波長的光實現散射,那我能不能找到這個規律,甚至找到這種物質呢?結果他真的找到了。

結語:想要取得任何的前沿突破,最核心的就是兩點,一是熱愛,你看Marin教授就特別喜歡他的領域,因為這個領域能讓他大展拳腳,能讓他做出突破性的貢獻,他會認為自我的實現是有保障的,所以他願意去投入。二是長期專注,即使他在睡覺被吵醒的時候,即使他在度假的時候,他腦子裡還是想的這些問題,還是想的如何能夠找到更好的解,真正出成就的人幾乎都是充滿毅力的,而毅力不光是長期的專注,長期的堅持,也來自於熱愛。因為如果沒有熱愛,那麼這個長期堅持就缺乏足夠的支持,所以當你熱愛一件事情,而且願意為此長期努力的時候,你就一定會有成績,Marin教授正是這樣活生生的例子,而當這些人再聚到一起創業的時候,我相信這樣的核聚變就能夠推動社會向前發展。


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