kenyonchen的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/kenyonchen 厦门大学电磁声学研究院特聘教授

博文

变换声学和声学隐形 精选

已有 8953 次阅读 2015-10-12 17:18 |系统分类:科研笔记

变换声学和声学隐形

 

最近,偶然扫读科学网,发现陈孝良老师的文章(http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=1375795&do=blog&id=927435&cid=4242140),他认为,声的隐形有诺贝尔奖的遐想可能。对此,我是不敢苟同的。原因主要是,变换声学的概念是在变换光学之后,如果要给,也应该先给PendryLeonhardt。但是,这个领域目前因为实验的缺失,正在慢慢停滞不前。

 

不可否认,因为媒体对这个课题的过分关注,使得大家在认识这个领域的发展时,有些模糊,容易直接根据报道,特别是最新的报道,做出可能对其他科研工作者不公平的评价。因此,应陈孝良老师要求,写下此文。

 

变换光学的提出是基于Maxwell方程组在坐标变换下的不变性得到的,隐身衣是其最出名的应用,当然还有很多其他的应用,如果大家感兴趣,请参考我写的两篇综述:Nature Materials 9, 387 (2010); Nature Photonics 9, 15-23 (2015)。这里不详细介绍。

 

因为方程的不同,这样的概念不能直接“移植”到其他的波动系统。电磁波是矢量波,声波是标量波,方程很不一样。事实上,早在变换光学初被提出之时,Milton就提出类似的概念不容易推广至弹性波,请见New J. Phys. 8, 248 (2006),因为弹性波方程在坐标变换下会改变形式。对于二维的声波问题,其方程可以和Maxwell方程组一一对应,因而CummerSchurig很快提出二维的声学隐形斗篷,请见New J. Phys. 9, 45 (2007)。然而该论文同时也宣称类似的方法不可能推广到三维(There may be more special cases of electromagnetic and elastodynamicequivalence, but as shown in [New J. Phys. 8, 248 (2006)] and above, a general3D equivalence is not possible. 详见文章的第七页),因此自然也就无法建立和变换光学类似的“变换声学”。

 

在介绍我们的工作之前,先插播一件事,这个领域的开始很大的Credit给了PendryLeonhardt,但是个人觉得有几个数学家的工作不能被简单的忽略,这段历史在我们的Nature Materials综述中有比较平衡的记叙。事实上,早在2003年(变换光学的论文发表于2006年),GreenleafLassasUhlmann就发现了,直流电导方程在坐标变换下的不变性,请见Math. Res. Lett. 10, 685 (2003)Physiol. Meas 24,413 (2003),这应该是导出变换光学的突破口。可能因为数学家在描述这个问题时没有把物理概念表达清楚,没有得到应有的关注,这是比较吃亏的,特别是在如今如此浮躁而又快速的时代里。但我认为,他们的工作应该得到尊重。

 

之后,我们(我和陈子亭老师)在详读Milton以及Greenleaf等的文章后,惊奇发现声波方程可以和直流电导方程建立一一对应的关系,因而很自然地证明声波方程在坐标变换下的不变性,从而首次导出一般的变换声学方程,详见Appl. Phys. Lett. 91, 183518 (2007)。基于此,不仅能得到之前CummerSchurig得到的二维声学隐形斗篷的材料参数,还首次提出了三维声学隐形斗篷的可行性及其相关参数。(在此,我们应该感谢Milton没有把问题做干净,给我们留了这个空子!^_^

 

当然,后来Cummer和他的同事利用Mie散射理论也提出了三维声学隐形斗篷,见Phys. Rev. Lett. 100, 024301 (2008),只是他们还是没有导出声波的变换等效方程。我们的工作和Cummer他们的工作后来也引起了大量的关注,比如被Nature ChinaPhysics WorldThe Daily Telegraph等做亮点报道;另外,该结果还入选欧洲物理学会评选的2008年度物理学领域的重大研究进展。

 

http://physicsworld.com/cws/article/news/2008/dec/22/the-best-of-2008

 

可能因为他们的工作在PRL上,而我们的工作在APL上,这些报道在署名上有些不公正(Or 也许是其他的原因),但就发表和投稿时间而言,我们的工作早于他们的工作,也被他们正面引用。虽然我本人和Cummer是很要好的朋友,但就这个问题,我觉得我们应该被公正对待,不管怎么说,后面的引用还是说明了这一点,为此我还是很欣慰的。(我们也为变换声学领域写了一个小综述,J. Phys. D: Appl. Phys. 43, 113001 (2010),请大家批评指正。)

 

这个工作是我在声学方面为数不多的工作,后来我又转战电磁波。我觉得在这个问题上,我没有Cummer有远见,因为后面他们在声学这个领域引领了潮流,而我却差点被“淹死”在浩瀚的电磁大海之中,虽然也做了一点工作,但总觉得缺少年轻人应有的冲击力,希望我的学生将来在这点上能够弥补我的不足。

 

当然,因为变换光学的停滞,也许变换声学会有更好的发展,至少变换声学先做出三维的工作,另外声学没有不能超光速的限制,也许能走的更远。或许,如果来得及的话,我也应该再做一点工作,当然欢迎国内的同行和我们一同奋战,特别是在实验方面,这是非常关键的。

 

不过,这一块,诺奖没戏!(陈孝良老师,不好意思,不同意见而已。)此文稍微梳理一下这个领域的理论根基,也许写得不好。实验工作陈孝良老师给了很好的科普,再次感谢!

 




http://blog.sciencenet.cn/blog-216514-927633.html

上一篇:科研助理和博士后招聘
下一篇:感谢2016

5 陈孝良 马红孺 司黎明 crossludo icgwang

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (7 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2021-4-11 10:32

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部