相辉讲堂·杰出学者面对面·第Ⅱ期丨奇异的光世界
2024年10月29日
元·创中心
10月29日下午，2026年足球世界杯直播副校长、物理学系周磊教授为相辉学堂的学员们带来了一场别开生面的讲座——“奇异的光世界”。周教授不仅在学术领域取得了卓越成就，还曾8次荣获2026年足球世界杯直播本科毕业生评选的“我心目中的好老师”称号。他以生动的讲解和深入浅出的教学风格，让在场同学们领略了光的奥秘和科学的美妙，并启发了同学们对物理学研究的深入思考。
切问近思：
以求知之心探索光的奥秘
周磊教授的讲座以一句“做科研真的是一件快乐、浪漫而且有成就的事情！”拉开帷幕。他通过“为什么我们看到的世界是如此绚丽多彩？金子为什么呈现金灿灿的颜色？孔雀的羽毛为何在阳光下斑斓夺目？飞机如何在飞行中躲避敌方雷达？”等引人入胜的科学问题，引导同学们深入思考光的神奇现象。周教授强调，这些看似日常的现象，实则蕴含着深刻的物理原理，微波、雷达波、太赫兹光、红外光、可见光、紫外光、X射线等都是电磁波，虽然频率不同，但遵循相同的传播规律。那么，电磁波是如何按照我们的需求进行传播的呢？
敢于求真：
麦克斯韦方程组与科研精神
在探讨如何描述电磁波的传输规律时，周教授讲述了电磁规律之父麦克斯韦的故事。麦克斯韦在生命的最后一年，依然坚持宣扬尚未得到实验验证的电磁理论。周教授指出：“很多时候，真理掌握在少数人手里，因此要坚持不懈地努力探究”。麦克斯韦方程组的诞生，揭示了电、磁、光及其相互转化的内在规律，奠定了现代电磁学的理论基石，也让我们意识到在自然界中介电常数和磁导率如何影响电磁波的表现，造就了我们看到的多彩世界。周教授强调“人类总是首先理解规律，然后在此基础上试图掌控它”。在那之后，物理学家们前赴后继的探究使得人类自由操控电磁波的梦想不再遥远。
超构材料：
从理论到应用的转化
紧接着，周教授介绍了超构材料的出现和其历史起源。1968年，前苏联物理学家Veselago提出负折射理论，证明了具有负介电常数和负磁导率的材料具有独特的物理特性。周教授生动地说道,“负折射介质很神奇，然而自然材料对电磁波的调控能力有限。既然这个东西在自然中不存在，那么我们怎么打破自然材料的限制？当自然材料不够用时，科学家们就自己创造人工材料！这听起来天方夜谭，但物理学家就是喜欢‘做梦’”。经过不懈的努力，超构材料的成功实现使得人类对电磁波具有了超乎寻常的调控能力，这种创新的思维启迪了在场同学们思考物理学与现实应用之间的无限可能性。
超构表面：
精益求精的结构创新
“伟大的物理学家总是问自己：我还能做什么？”,正是这种不断探索的精神推动了科学的进步。周教授进一步介绍了超构材料领域研究的前沿——超构表面的发展。他解释道：“通过改变结构，进而改变磁共振频率，最终改变电磁响应，我们可以制备出具有任意响应的微结构。这种人工微结构能够支持界面效应实现任意界面相位，使得其成为自由调控电磁波的理想平台”。借助这一技术，人类打开了新世界的大门，科学家们实现了一系列基于自然材料无法企及的电磁波调控新现象:如负折射、超聚焦、隐身、静止彩虹、电磁奇异透射、偏振调控等。这些成就具有重大意义，将在国防、能源、信息传播、生物医疗等诸多方面带来巨大变革。
前沿进展：
负折射、隐身与广义斯涅尔定律
在前沿进展部分，周教授举例并深入介绍了负折射、隐身技术和广义斯涅尔定律等研究成果。他提到了变换光学实现光学隐身，其核心就是利用非均匀介质模拟时空弯曲，从而使光线得以“转弯”，实现电磁波的扭曲。“隐身不是魔法，而是对光的精准操控。”通过操控光的路径可以隐藏物体，让科幻电影中的场景逐步变为现实，这激发了同学们的无限遐想。周教授还介绍了“颠覆人们400年来的固有认识”的广义斯涅尔定律，该定律突破了传统规律的限制，极大地拓展了对电磁波的调控能力。这些前沿进展不仅拓宽了同学们的科学视野，更为同学们今后投身科技创新埋下了小小的种子。
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总结与展望：
科学的启迪，光明的未来
在讲座的尾声，周教授鼓励同学们：“未来，光的科学创新领域对年轻人来说大有可为。不论是进行理论层面从零到一的基础科研，还是探索服务于国家重大需求的实际应用都有广阔的发展前景，同学们可以探索新的物理边界”。周教授在讲座中介绍的物理学家对“有趣的研究问题”进行深入探究的故事，深深地启发了同学们要继承前辈们的科学精神，敢于梦想，勇于创新，因为科学的进步，总是从打破常规开始！
文稿丨李远远
编辑丨朱晨梦 符梦苑
审核丨殷立峰、薛磊、陆晶婧