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科学研究
科研先锋丨刘伟:寻找隐藏的“发旋”
发布日期:2021-03-18 来源:国防科大微信公众号 作者: 陈思 访问量:

“同学们,你们有没有数过自己的发旋?”

一个有趣的问题抛出,立马把课堂气氛点燃了。

“大部分是一个吧?也有两个的……”

讨论正酣,老师刘伟却做了一个停止的手势:“如果头发没有经过特殊处理,人头上的发旋数只能是奇数,所以,你看到的两个其实是三个。”

“啊……”随着学生们惊讶的回应,课堂气氛再次被引入高潮。

前沿交叉学科学院刘伟博士是2019年度青年创新奖得主,也是学员心中“我最喜爱的老师”,他的课堂是出了名的开放和活跃。“不要以为基础研究都很枯燥,那是对我们最大的误解。”刘伟对记者说。

寻找电磁辐射的“发旋”,成为他课上的经典案例,也正是在这个案例的互动中,刘伟顿悟到自己一直研究的电磁多极子领域中的一个玄机。两个发旋中隐藏着第三个发旋的论述,吸引着他步步深入,探究这一现象背后的拓扑学原理。在不断地推演计算后,他发现,电磁辐射强度为零的暗点和我们头上发旋的分布遵循一致的规律,相关成果在《物理评论快报》上发表。

在刘伟看来,世间万物,都隐藏着看不见的“发旋”,而真相却往往在这个“发旋”里,找到它、突破它,便是科研创新之所在。

在光学和光子学领域有个想当然的共识:电反射镜源自于电响应特性,而磁反射镜的实现需要依赖于有效的磁响应。对于这一没有严格证明的共识,刘伟一直心存疑虑。一次在家中使用微波炉,看着食物在转盘上不停旋转,刘伟的思绪也随之牵动:“转盘的中心不也正如人头顶的‘发旋’吗?如果这个点正好处在微波驻波能量的极小点,这个地方的食物永远不会被加热。”想到这里,微波炉内壁反射的问题再次闯入脑海,他似乎瞬间对反射问题有了新的灵感。

在此后半年的时间里,刘伟专注于该问题的计算与验证,他把生活提纯为“两点一线”,即使是散步时,思考也没有停止。在一次偶然的测算中,刘伟终于有了新发现:实现磁反射镜可以依赖电响应,也就是说,大家达成的惯性认识是一种错觉。该成果入选“2017年中国光学十大进展”。

日常生活往往是刘伟的灵感来源。看蓝天与晚霞,他看到的是“散射原理”,看棒球比赛,他看到的是“最佳击球点”……一次在家中,听到电视中播放《寂静之声》,他突然从沙发上一跃而起,兴奋地告诉妻子,这首歌完美诠释了他破解难题时的心境,即:“寂静”的小径往往有着最奇妙的“声音”。

然而,灵感不常有,隐藏的“发旋”并不总能顺利找到。在论证贝里相位和偏振奇点两者的关联中,刘伟几度迷失,他坚信两者有必然关联,但这座桥怎么搭?在理论突破的关键点,他仿佛撞上了一堵墙。看着眼前的一堆草稿纸和书架上密密麻麻的著作论文,刘伟陷入沉思。一次在与学术大师贝里爵士的交流中,刘伟了解到一个从未想过的简单模型,他大胆猜想:能否将这个模型融入自己的计算?思路放开,转机就来了。果然,这个模型成为了开门的钥匙,在持续不断的深入研究后,刘伟和合作者终于在上述两个方向间建立了全新的关联。

熟悉刘伟的人都说,他的生活很无聊,仿佛总在思考。但对于刘伟来说,这恰恰是他的乐趣所在。“长头发的地方没意思,不长头发的‘发旋’才有意思。”采访结束时,刘伟笑着对记者说。

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