第162章 超材料（1/1）

三天后，李水旺开始了新一期视频。

“尼采曾说，当你凝视深渊时，深渊也会凝视你；而有了超材料，深渊如何凝视你，取决於你如何设计自己最出色的。“

“今天，我们將探討超材料这一概念。它的定义颇具模糊性，通常被描述为任何经过工程设计、具备自然界中不存在的特性的材料。不过，若你仔细思索这一定义，便会发现它基本上涵盖了人类从青铜时代至今所製造的所有材料。因为大多数金属在自然界中很少以纯態形式存在，而像青铜这样的合金，纯態存在的情况就更少了。对於某些合金（如玻璃这类虽在自然界中存在核心成分，但我们已掌握技术能製造出具有不同特性的玻璃），我们或许可以略微放宽对这一定义的解读。如今，纯金属、合金、半导体、陶瓷、塑料，以及除木材和石头之外我们日常使用的几乎所有物品，大多都是我们从基础原料开始逐步製造出来的材料。“

“然而，就我们今天所要探討的主题而言，上述定义过於宽泛了。大多数被称为 “超材料” 的物质，其主要特徵是能够在宏观尺度上操控光波、声波以及电磁波特性。因此，我们將以此为依据来缩小超材料的定义范围。“

“目前，关於先进材料，存在诸多理论上的应用方向，其中包括：计算材料（computronium）：一种理论上可用於计算的材料。中子材料（neutronium）：一种超高密度的稳定纯中子物质，存在於中子星中。奇异幔层（strange mantle）：由上夸克和下夸克之外的其他夸克构成的任何物质。智能幔层（smart mantle）或实用材料（utility materials）：这类材料能够呈现出预设的形態。“

“不过，在本期节目中，我们將主要聚焦於电磁超材料和声超材料。因为这两类超材料是目前人们了解最为深入的，並且已经开始对我们周围的世界產生影响。儘管某些理论上的应用具有奇妙且极具顛覆性的潜在用途，但即便不考虑这些，电磁超材料和声超材料的应用也已准备好以一种鲜有人能真正预见的方式，彻底改变我们的未来。“

“我不想过多深入物理学层面的知识，但超材料的特性通常都与材料的磁导率和介电常数相关。这两种特性还会影响材料的折射率，而折射率本质上反映了材料对磁场、电场以及光的反应。大多数材料的介电常数和磁导率都为正值，但有些材料要么介电常数为负，要么磁导率为负，自然界中不存在介电常数和磁导率均为负的材料。不过，我们今天所討论的超材料，恰恰需要同时具备负介电常数和负磁导率，稍后我们將详细介绍如何实现这一点。“

“为了便於理解，接下来我会以光为例进行说明，但这一原理同样適用於可见光、红外线、微波以及长无线电波。要解释负折射率，我们可以想像一面垂直放置的镜子：当一束光从大角度照射到镜子上时，比如从左上角入射，它会以相反的角度反射出去，朝著左下角传播。如果我们用超材料替代这面镜子，並且將超材料水平放置，会產生大致相同的反射效果。但神奇之处在於，我们並不需要一面厚重的镜子来实现光的反射，相反，这种超材料能够同时处理多束入射光，並將它们折射出去，就如同存在无数面互不干扰的垂直镜子一样。“

“具有负折射率的材料被称为负折射率材料（nims），它们具有一种在普通材料中看不到的奇特垂直移动效应。以水为例，普通材料的折射率会使插入水中的棍子在水面处看起来发生弯折，水面以上的部分与水下部分无法形成类似镜子反射的效果，因为普通材料只能使光发生轻微的向內弯折。“