【引用】世界上第一个“人造黑洞”在中国东南大学实验室里诞生
10月15 日,《科学》杂志宣布,世界上第一个“人造黑洞”在中国东南大学实验室里诞生。不过,这个小型“黑洞”不仅不会毁灭世界,还能帮助人们更好地吸收太阳能。11月7日报道 它有着“黑洞”之名,虽然尺寸“迷你”,但任何经过的电磁波或光,都不可能逃离它的引力。
10月15 日,《科学》杂志宣布,世界上第一个“人造黑洞”在中国东南大学实验室里诞生。不过,这个小型“黑洞”不仅不会毁灭世界,还能帮助人们更好地吸收太阳能。
在宇宙中,黑洞吞噬万物,甚至包括光。人们乐意议论这种天体,因为它神秘、“性情”怪异:它身处宇宙最幽暗的地方,没有人能直接观测到它,而靠近它的任何物质,都会被无情地拖曳到它的深渊里,小行星、星尘、光波、时间,无一例外。
人们对黑洞这种天体感到好奇,但绝不会希望有任何一个黑洞接近自己,或我们的星球。然而现在却有一些科学家在自己的实验室里造出了“黑洞”,一个“迷你”黑洞。10 月15 日的《科学》杂志在介绍这种“人造黑洞”时建议,人们可以把这种“黑洞”装进自己的大衣口袋里。
制造出“人造黑洞”的是中国东南大学的一个研究组,崔铁军教授和程强教授是其中最主要的两位研究者。“实际上,我们做的黑洞不是严格意义上的黑洞。
”在接受《外滩画报》采访时,程强教授对记者说。
实验室里的“人工黑洞”,目的当然不是为了将一个吞噬一切的“恶魔”装进口袋。据程强介绍,现在存在于东南大学毫米波国家实验室的“人造黑洞”,实际上是一个模拟装置,这种模拟装置目前可以吸收微波频段的电磁波,在未来,它还可以吸收光。
但是除此之外,它并不能吸收任何实质的东西。“它只吸收电磁波,不吸收能量。”程强对记者说。
这是一个不具有危险性的“黑洞”,不仅如此,这种装置还能在未来用于收集太阳能。在这方面,“人造黑洞”将比世界上任何一种太阳能电池板都更高效。
一些物理爱好者甚至为这种全新的装置设计了一些新功能,比如将它装置在航天器中的太阳帆上,或者用来吸收空气中游散的电磁波——因为手机和无线网络的普及,这种看不见的电磁波据说侵害了我们的健康,成为一种新的污染。
不过,制造“黑洞”的研究者却从来不想那么多,现在崔铁军和程强正在继续的,是如何把实验室里的装置变成样机,“实现工程化”。
面对关于“人造黑洞”的各式各样的议论,程强认为, “成果公布以后,被许多国际媒体转载和评论,确实也大大出乎我们意料。从我们个人角度而言,只觉得这是一个比较有意义的工作。
实验室里的“黑洞”
“我觉得很惊奇,崔和程这么快就做出了‘人造黑洞’!
”看到这个研究成果后,纳瑞马诺维说。
伊维根·纳瑞马诺维(EvgeniiNarimanov) 是美国印第安纳州西拉斐特市普渡大学的一名教授。今年年初,他和合作者亚历山大·基尔迪谢维(Alexander Kildishev) 一起,发表论文,提出了一种制造小型“黑洞”的理论和设计方案。
他们的想法是通过模拟黑洞的一些性质,使在“人造黑洞”附近出现的放射性物质被吸引,然后螺旋式地进入“黑洞”中心。
“我们的确是受到他的论文的启发,但研究本身是我们独立完成的。”程强对记者说。之所以能这么快将之变成现实,是因为他们所在的实验室也一直从事着这方面的研究,在理论和实验两方面都积累了很多年的经验,实验过程中也用到了很多他们自己的独创性想法。
不过虽然名为“黑洞”,他们受纳瑞马诺维启发而造的“黑洞”,和真正存在于宇宙中的黑洞还是有大差别的,这种差别并不仅仅体现在质量的大小上。
两种“黑洞”的原理其实并不一样。宇宙间的黑洞之所以能吞噬一切,是因为它质量巨大,而实验室里的“黑洞”,实际上是根据光波在被吸进宇宙黑洞时的性质,模拟出来的仪器,可以令光波接近时产生相似的扭曲,并被吸引。
也就是说,两种“黑洞”可以让附近的光波出现相似的“结局”,但是光波遇到的却并不是同一回事。
不过目前东南大学实验室里的“黑洞”,还只是适用于某些微波频率,比如人们常用的通信频率, 如GSM、CDMA 和蓝牙等,吸引光波还有待进一步研究,因为光波的频率更短,需要设计的“人造黑洞”尺寸也要更小些。
超强吸波装置
这样的“人造黑洞”,在未来可以用于发电。
“当电磁波遇到这台仪器,就会立刻被捕获,并且立刻被引入到仪器里,一直被吸进黑洞中心。没有电磁波可以逃离这个黑洞。
”崔铁军向《科学美国人》杂志描述“人造黑洞”时说。在他们的仪器中,被吸入的电磁波在中心位置转化为热能。
根据《科学》杂志介绍,“人工黑洞”是一个直径22 厘米的装置。它有60 个同轴环,外层由40 个同心环组成。
通过特别设计,研究组令同心环的从外到内的介电常数发生连续变化,而不同的介电常数,则能让电磁波的方向发生相应改变。
程强把这台仪器描述成“一个超强吸波装置”。可以这样联想,一台“人造黑洞”仿佛一台吸力强大的“吸尘器”,只要它所在的地方有电磁存在,那些电磁波或光波就会源源不断地被它收入囊中,不受任何其他外界条件的限制。
用于获取能源,这样一个超强吸波装置仿佛正在打开一座看不见却内容丰厚的“宝藏”,用它来吸收太阳能,不仅可以在任何天气里正常工作,甚至将之放入黑暗的宇宙里,它也能收集到同样多的电磁波或光波,并将之转化为热能。
崔铁军,男,生于1965年9月。1987年毕业于西安电子科技大学,获工程学士学位。1989年和1993年分别在西安电子科技大学获硕士及博士学位,后留校从事教学与科研工作。1993年11月破格提升为副教授。
1995年至1997年,获得德国Alexander von Humboldt Foundation(洪堡基金会)的资助,在德国Karlsruhe大学作为洪堡学者进行合作研究。1997年至1999年,在美国University of Illinois at Urbana-Champaign作博士后Research Associate,并从2000年起,任该校的Research Scientist。
2001年10月被聘为东南大学无线电工程系教授、博士生导师、教育部“长江学者奖励计划”特聘教授。现为东南大学毫米波国家重点实验室副主任、东南大学目标特性与识别研究所所长,国际著名刊物IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing的副主编(Associate Editor)。
近年来,崔铁军教授在计算电磁学及其快速算法、大型军用目标的精确电磁仿真、目标特性与目标识别、电磁逆散射与电磁成像、埋地散射体的探测与成像、微波毫米波天线与电路的全波分析、新型电磁媒质及其物理特性研究等方向上做出了系统而深入的研究,取得了一批创新性成果。
目前负责的主要项目有:国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金重大项目课题、国家重点基础研究发展计划(973计划)课题、教育部“创新引智计划”(111计划)项目、总装预研项目(多项)、海军装备部装预研项目、总装重点预研基金、国家自然科学基金(2项)、江苏省自然科学基金创新学者攀登项目、国家博士点基金、江苏省333人才基金、江苏省“六大高峰人才”基金等。
研制出具有自主知识产权的高频电磁散射国家代码(NESC)软件和精确全波电磁仿真软件(FASTEM),可以对飞机、汽车、坦克等军用目标进行快速、精确的电磁仿真。应邀在国际著名的出版社Artech House Publishers,John Wiley Sons,及IEEE Press所出版的专著上共撰写了三个章节;在国际著名物理和光学类刊物(Physical Review Letters, Applied Physics Letters, Optics Letters, Physical Review B and E, Optics Express等)发表论文60余篇,在国际著名电子类刊物IEEE Transactions上发表论文40余篇,在其他国际核心刊物上发表论文40余篇。
其中被SCI收录140余篇,被EI收录180余篇。研究成果左手媒质超级波导被Nature China(2007年9月刊)评为突出科学研究成果(Research Highlight)、椭圆形隐身大衣被《欧洲物理新闻》杂志(2008年6月刊)评为突出科学研究成果(Research Highlight)、任意形状电磁波集中器被美国《应用物理快报》以封面文章报道。
曾获国际无线电联盟(International Union of Radio Science)青年科学家奖。
主要学术任职包括:国际著名刊物IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing 的副主编;IEEE Antennas and Propagation Magazine编辑部成员; IEEE高级会员、国际无线电联盟会员。
曾任中国电子学会青年工作委员会委员、中国电子学会微波学会场论与网络专业委员会委员、IEEE 天线与传播年会分会主持人、2004年大型国际会议电磁研究进展(Progress in Electromagnetic Research Symposium,PIERS)的技术委员会副主席、2005年亚太微波会议(Asian Pacific Microwave Conference, APMC)技术委员会副主席等。
