電磁(Electromagnetic)世界的時光隧道

電磁(Electromagnetic)世界的時光隧道

知識通訊評論第62期

美國科學家最近發展出隱形光線通道技術，這種似乎能創造光學時空蟲洞現象的新發展，未來或許會有一些意想不到的新應用。

 一個研究團隊已經計算出可以在相隔甚遠的區域間，使光線隱形傳導的蟲洞公式。這些「電磁蟲洞」就相當於是科幻小說中做時光旅行，並且在銀河間製造捷徑的時空蟲洞的一個光線版本。有朝一日，這些蟲洞可以應用於三度空間立體影像顯示器，內部由看不見的光纜組成。

根據美國羅徹斯特大學的葛林利夫 (Allan Greenleaf) 及其同事所描述的電磁蟲洞，光線會經由無法從外側看見的管道傳輸，在某處消失然後在別處出現。電磁蟲洞現階段還只是紙上談兵，不過用以製造這種蟲洞的科技卻已經存在，採用的是跟最近用來製造隱形遮罩的相同觀念與方法。葛林利夫的團隊想出許多這種蟲洞的可能用途，領域從資訊科技到生物醫學不一而足。舉例來說，這種蟲洞可以提供完全絕緣的「光學電纜」，將光線內的電磁場跟外在世界完全隔開。

「直到你從蟲洞中間看穿過去，才會發現空間的兩個部分是連結起來的。有點像是你往咖啡杯望去，卻會看到外頭的街景那樣。」 —- 雷昂哈特

「電磁蟲洞」就相當於是科幻小說中做時光旅行，並且在銀河間製造捷徑的時空蟲洞的一個光線版本。

擅長以這種方式操控光線的蘇格蘭聖安德魯斯大學物理學家雷昂哈特 (Ulf Leonhardt) ，認為這個點子很酷。他說這意味著直到你從蟲洞中間看穿過去，才會發現空間的兩個部分是連結起來的，有點像是你往咖啡杯望去，卻會看到外頭的街景那樣。

這種蟲洞用「超穎物質」 (metamaterial) 製成，其結構會設計成以怪異的方式跟光線互動。超穎物質的基本成分，也就是相當於一般物質裡的原子，是一些微小的電子迴路，通常是由迴路板上的迴圈跟線圈組成。這些電子迴路會跟光線的電磁場產生交互作用，製造出特異的光學效果，像是會讓光線通過時彎錯方向的負折射率。

雷昂哈特跟另外一隊由美國杜克大學的史密斯 (David Smith) 領導的研究團隊，在去年分別提出超穎物質可用於製造隱形遮罩，讓光線照到位在遮罩內的物體時，會繞著該物體柔順地彎曲的想法。史密斯的研究團隊後來做出這樣的遮罩，對微波頻率的光線確實可以產生作用。

然而這個遮罩並不完美，只有在扁平的平面裡管用，涵蓋的光線頻率幅度也非常窄小。此外，要做出一個對可見光管用的隱形遮罩更為困難，因為超穎物質的成分體積必須要小上許多。

葛林利夫跟他的同事表示，你可以把史密斯團隊的遮罩想成「把一個點吹膨脹」：把空間裡一個無限小，因此也看不見的點延展開來，同時「鑄造」光線跟這個延展點的互動方式，以保持其隱形特質。相對而言，葛林利夫團隊的這種蟲洞比較像是「把一條線吹膨脹」，本質上有點像是製造一個管狀的遮罩。

他們已經計算出這種超穎物質管子所需特性的公式，好讓管子外部的光線沿著管子表面曲折，而管子內部的光線則沿著管道彈跳，就好像沿著一條光纖電纜那樣。如此一來，進入蟲洞一端的光線就會在另一端現身，不過會出現一點奇怪的扭曲現象。葛林利夫等人表示，如果蟲洞非常短的話，其作用就有點像魚眼的水晶體那樣。

葛林利夫等人相信，利用史密斯團隊所使用的那些微波超穎物質，應該有機會製造出上述的蟲洞。不過雷昂哈特警告說那還遠得很，要做出一個三度立體的隱形遮罩，已經是個很大的挑戰，蟲洞只會更難製造。

不過史密斯還是很樂觀，他說要做個適合微波頻率的這類蟲洞絕對可行，只是涵蓋的光線頻率幅度很窄而已。他希望很快就能夠利用超穎物質，展示許多有趣的光學結構，也許這個蟲洞就能夠算在清單之上。