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科學研究

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科研先鋒丨劉偉:尋找隱藏的“發旋”

“同學們,你們有沒有數過自己的發旋?”

一個有趣的問題拋出,立馬把課堂氣氛點燃了。

“大部分是一個吧?也有兩個的……”

討論正酣,老師劉偉卻做了一個停止的手勢:“如果頭發沒有經過特殊處理,人頭上的發旋數只能是奇數,所以,你看到的兩個其實是三個?!?/p>

“啊……”隨著學生們驚訝的回應,課堂氣氛再次被引入高潮。

前沿交叉學科學院劉偉博士是2019年度青年創新獎得主,也是學員心中“我最喜愛的老師”,他的課堂是出了名的開放和活躍?!安灰詾榛A研究都很枯燥,那是對我們最大的誤解?!眲τ浾哒f。

尋找電磁輻射的“發旋”,成為他課上的經典案例,也正是在這個案例的互動中,劉偉頓悟到自己一直研究的電磁多極子領域中的一個玄機。兩個發旋中隱藏著第三個發旋的論述,吸引著他步步深入,探究這一現象背后的拓撲學原理。在不斷地推演計算后,他發現,電磁輻射強度為零的暗點和我們頭上發旋的分布遵循一致的規律,相關成果在《物理評論快報》上發表。

在劉偉看來,世間萬物,都隱藏著看不見的“發旋”,而真相卻往往在這個“發旋”里,找到它、突破它,便是科研創新之所在。

在光學和光子學領域有個想當然的共識:電反射鏡源自于電響應特性,而磁反射鏡的實現需要依賴于有效的磁響應。對于這一沒有嚴格證明的共識,劉偉一直心存疑慮。一次在家中使用微波爐,看著食物在轉盤上不停旋轉,劉偉的思緒也隨之牽動:“轉盤的中心不也正如人頭頂的‘發旋’嗎?如果這個點正好處在微波駐波能量的極小點,這個地方的食物永遠不會被加熱?!毕氲竭@里,微波爐內壁反射的問題再次闖入腦海,他似乎瞬間對反射問題有了新的靈感。

在此后半年的時間里,劉偉專注于該問題的計算與驗證,他把生活提純為“兩點一線”,即使是散步時,思考也沒有停止。在一次偶然的測算中,劉偉終于有了新發現:實現磁反射鏡可以依賴電響應,也就是說,大家達成的慣性認識是一種錯覺。該成果入選“2017年中國光學十大進展”。

日常生活往往是劉偉的靈感來源??此{天與晚霞,他看到的是“散射原理”,看棒球比賽,他看到的是“最佳擊球點”……一次在家中,聽到電視中播放《寂靜之聲》,他突然從沙發上一躍而起,興奮地告訴妻子,這首歌完美詮釋了他破解難題時的心境,即:“寂靜”的小徑往往有著最奇妙的“聲音”。

然而,靈感不常有,隱藏的“發旋”并不總能順利找到。在論證貝里相位和偏振奇點兩者的關聯中,劉偉幾度迷失,他堅信兩者有必然關聯,但這座橋怎么搭?在理論突破的關鍵點,他仿佛撞上了一堵墻??粗矍暗囊欢巡莞寮埡蜁苌厦苊苈槁榈闹髡撐?,劉偉陷入沉思。一次在與學術大師貝里爵士的交流中,劉偉了解到一個從未想過的簡單模型,他大膽猜想:能否將這個模型融入自己的計算?思路放開,轉機就來了。果然,這個模型成為了開門的鑰匙,在持續不斷的深入研究后,劉偉和合作者終于在上述兩個方向間建立了全新的關聯。

熟悉劉偉的人都說,他的生活很無聊,仿佛總在思考。但對于劉偉來說,這恰恰是他的樂趣所在?!伴L頭發的地方沒意思,不長頭發的‘發旋’才有意思?!辈稍L結束時,劉偉笑著對記者說。

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