借助一種被稱為“超材料”的東西，全球的材料學(xué)家和物理科學(xué)家們正在將上述聽起來十分“科幻”的東西變?yōu)楝F(xiàn)實：“隱形”飛機(jī)、筆記本大小的衛(wèi)星天線、能感應(yīng)地形的智能鞋子、能復(fù)原的彈性陶瓷、可減輕地震或海嘯影響的防護(hù)墻壁等等。

這種超材料的新奇之處在于，通過復(fù)雜的人工手段對物質(zhì)原子、分子施加影響來改變材料的力學(xué)性質(zhì)，讓光波、雷達(dá)波、無線電波、聲波甚至地震波彎曲。這種超材料被科學(xué)家譽為“由材料組成的‘材料’”。

上月，《電磁超材料術(shù)語》向國家標(biāo)準(zhǔn)管理委員會報批，標(biāo)志著我國在超材料領(lǐng)域即將擁有國家標(biāo)準(zhǔn)。目前，全球“工業(yè)4.0”進(jìn)程持續(xù)深化、“智能+”應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，對于處在超材料應(yīng)用領(lǐng)先地位的中國企業(yè)來說，步子更快一些，膽子再大一點，力爭在未來一些戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)及人工智能革命領(lǐng)域引領(lǐng)世界潮流。因為有一點毋庸置疑：未來的世界，將由超材料來建造。

“彎曲光、改變波”

殲-20

材料，人類社會各大產(chǎn)業(yè)發(fā)展的根基。隨著工業(yè)化進(jìn)程不斷深入，傳統(tǒng)高性能材料對稀缺資源的依賴程度越來越高，而科學(xué)家們在自然界尋找具有超物理特性的天然材料的嘗試卻收效甚微。在這種情況下，科學(xué)家意識到，要想獲得那些超越常規(guī)材料性能極限的新型功能性材料，必須另起爐灶。

2000年，美國加州大學(xué)圣地亞哥分校的物理學(xué)家戴維·史密斯和他的同事做的一個新奇實驗，讓全球的材料科學(xué)家們對物質(zhì)世界的看法發(fā)生了一些改變。試驗中，一種運用微波技術(shù)的材料成功地把一個直徑5厘米的銅制小圓筒隱藏起來，雖然這一隱形范圍只相當(dāng)于一粒豌豆。

這一實驗讓文學(xué)描寫中不斷出現(xiàn)、而根據(jù)傳統(tǒng)光學(xué)定律根本不可能實現(xiàn)的“隱身衣”有了問世的可能，也宣告了超材料學(xué)的誕生。

那么問題來了——究竟什么是超材料？

超材料，英文稱為Metamaterial，其中拉丁語詞根“meta-”表示“超出、另類”等含義。一般文獻(xiàn)中給出的超材料定義是“具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或復(fù)合材料。”

超材料性能神奇

首先讓我們從中學(xué)物理課上老師都會演示的一個現(xiàn)象說起：當(dāng)一束光從空氣斜射入水中，會產(chǎn)生入射光和折射光，它們居于法線的兩側(cè)。因為這種反射現(xiàn)象，我們能夠看到大自然中的許多物體。那么，是否存在這樣一種介質(zhì)，當(dāng)光入射其表面時，入射光與折射光位居法線同側(cè)呢？

其實早在1968年時，前蘇聯(lián)理論物理學(xué)家菲斯拉格(Veselago)便提出了這個疑問，并在理論上預(yù)測了上述“反常”現(xiàn)象。只是由于沒有實驗驗證，加之當(dāng)時處于功能材料發(fā)展初期，人們對菲斯拉格的發(fā)現(xiàn)并未予以足夠重視。