《15歲,成為國寶級天才科學家》第306章 耗時耗力,這也就意味着方法並不完美(1)

作者:制式希余·2小時前

肖宿翻到彭德里2006年的那篇論文,看到了那個著名的示意圖。

圖上,一個圓球被一層超材料包裹,光線從左邊射過來,進入超材料層之後就開始彎曲,然後繞過球體,在材料的另一側重新匯合,整個過程中沒有任何光線碰到球體本身。

也就是說,如果你站在球的對面看,你根本不知道球在那裡,你只能看到球背後的背景,好像球是透明的一樣。

這個圖曾經被全世界的科技媒體轉載了無數次,隱身衣的概念一夜之間從哈利波特的魔法變成了物理學的研究課題。

但肖宿看完彭德里的推導之後,眉頭微微皺了一下。

他倒不是覺得理論有什麼問題,畢竟變換光學的數學框架是嚴密的,麥克斯韋方程組在座標變換下的形式不變性也是早就被證明過了的。

他只是覺得這個理論框架本身其實還有可以最佳化的空間而已。

要知道,變換光學用的數學語言是張量分析和座標變換,本質上是在歐幾里得空間裡做變形。

打個不恰當的比方,就相當於你手裡只有一把直尺,卻想要用它去量一個皮球的表面積。

能做嗎?

當然能做。

只要把皮球切成無數個小塊,每一塊近似成平面,然後用直尺量完再加起來,結果就出來了。

但是這個過程又碎又繁瑣,切的方法不同,算出來的誤差也不同,而且這個計算的過程還不是一次性的,而是每換一個座標系,所有切割方式全部都要重新調整一遍。

這就是彭德里框架在工程落地時最讓人頭疼的地方。

理論很美,但是一到工程那步就變成了一場災難。

為了逼近那個理想中的連續引數分佈,超材料單元必須被切成極其細碎的陣列,每一個單元的幾何形狀都因為空間位置不同而不同,設計和加工的複雜度直接爆炸。

肖宿眼睛直直的盯著螢幕上那個被超材料包裹的圓球,腦子飛速運轉著。

變換光學的標準做法是把隱身區域對映到一個彎曲的虛擬空間裡,對映函式決定了超材料每一個點的介電常數和磁導率張量。

一個直徑十釐米的球,工作波長取可見光的中間值就是五百五十奈米,格點尺寸取波長的十分之一,也就是五十五奈米,那麼整個球面包裹的超材料層需要劃分的格點數大約是十的十六次方量級。

而每一個格點上都需要計算一個三乘三的介電常數張量和一個三乘三的磁導率張量,一共十八個獨立分量。

而每個分量都是空間座標的函式,每換一個對映函式,十八個分量都需要全部重算。

十八乘十的十六次方,這個計算量,全世界最快的超算也得跑上好幾個月。

而且這還只是計算。

加工呢?

電子束光刻的精度勉強能到十奈米,但寫一片指甲蓋大小的樣品要寫一整天。

十的十六次方個格點,光刻機寫到宇宙熱寂都寫不完。

這個方法太笨了,那如果換成辛幾何呢。

顧辛流型可以把變換光學的自由度壓縮到辛結構的約化程式裡,用達布座標就能把區域性自由度消掉一半,那麼十八個分量就降成了九個,計算量直接開了個平方根,從十的十六次方降到了十的八次方量級。

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