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| 內容簡介： |
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尖叫科学系列丛书，共分为三册，本系列图书将囊括航天、网络、能源、通信、地球、基因工程、生物医药、天文、海洋、人工智能等19个领域的前沿科技精华，邀请这些领域的院士及首席科学家，为青少年呈现国家目前已在这19大领域实现的重大科技突破及成果，展现这条前沿科技领域中国梦科技梦的实现之旅。本系列图书的作者团队包括欧阳自远、刘嘉麒、戚发轫、陆佑楣等各领域的院士及郑永春、徐颖（北斗女神）、位梦华等各领域的首席科学，致力于为青少年打造一套展示中国前沿科技领域突破性科技成果的科普丛书。
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| 關於作者： |
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知识就是力量》杂志创刊于1956年，该杂志目前是由中国科学技术协会主管，由科学普及出版社主办，由北京知力科学文化传播有限公司运营。《知识就是力量》杂志经历了半个多世纪的风风雨雨，凝聚了众多科普工作者的心血，许多科学家，如高士其、茅以升、钱学森、李四光、华罗庚、周光召、白春礼等都为其创作了很多优秀的科普文章。目前活跃在中国科学界的不少专家，甚至党和国家领导人，都曾经是《知识就是力量》的读者，许多科技人才也是从小看着《知识就是力量》杂志喜欢上科学，终走进科学的殿堂的。????《知识就是力量》杂志秉承以小知识，增大智慧，建知识圈，筑力量源的出版宗旨，打造以《知识就是力量》杂志为基础的全媒体平台，为青少年提供、严谨、趣味、互动的科普内容。
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| 目錄：
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上篇 推开新世界的大门物质科学
数学
4 吴文俊：在数学世界立起两座丰碑 苗若玖
力学
8 释疑湍流 李家春（院士）
物理学
14 物探技术：找水的佳帮手 吴海成
18 梦想科技之无线电传输 葛世恒
22 发现宇宙深处的超级黑洞 吴学兵 左文文
30 MEMS技术，让世界尽在掌握 王懿
材料科学
36超高强度钢--宇航材料中的大力士
赵振业（院士）
40首饰：金属还是玻璃王楠 黄复添 马将
46铸造：神奇的变形记 杨锌
50漫谈超材料，从哈利波特的斗篷说起 冯敏行
能源科技
56无响声超级发电机：燃料电池 崔金泰
60绿色水电：借助洪荒之力点亮世界
陆佑楣（院士）
66来自海洋的馈赠 王传崑
72赴海淘金 周坚鑫
化学
78生物降解：电子垃圾的理想归宿
王国全
下篇
探索生命的奥秘生命科学
植物学
88会说话的DNA条形码 杨俊波 曾春霞 杨静
动物学
96千分之三累积出的候鸟科学采访候鸟研究先行者张孚允教授和杨若莉教授
102海洋生物的"身份证"DNA条形码
寇琦 李新正
生态学
110死亡之海复活啦 袁洁
生物医学
116 生物医疗迈入微納芯时代
苏晓娟 贾岩 刘清
古生物
124冠状皱囊动物毫米级的人类祖先
段艳芳
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漫谈超材料，从哈利波特的斗篷说起撰文冯敏行清华大学附属中学学生科学顾问马将（凝聚态物理博士）小学科学课程内容：物质科学学科类别：材料科学近年来，超材料一直非常火爆，吸引了各界的关注。科学家们甚至预言：未来世界，将由超材料来建造。事实上借助于超材料，全球的材料学家和物理学家，正在让隐形飞机、《哈利波特》中的隐形斗篷等听起来十分科幻的东西变为现实。 少年隐形斗篷梦从小就是哈迷的我，至今仍不时回想起《哈利波特》那跌宕起伏的情节，也为其间各类奇妙的魔法神器而着迷。其中，哈利的一身隐形斗篷尤其给我留下了深刻的印象在危急的关头，它总能帮助主人转危为安。儿时的我也曾幻想能像哈利一样，拥有一件属于自己的隐形斗篷。然而，时光匆匆流逝，这个不切实际不符合物理基本规律的愿望终究也没能实现。 哈利波特穿上隐形斗篷（剧照）就在几乎快要忘却的时候，几则振奋人心的科技报道又重新点燃了我内心的希望。报道称，目前，科学家们已经制造出了能让物体隐形的材料。原来，早在2006年年初，英国帝国理工学院的物理学家约翰潘德瑞（John Pendry）爵士便预言：超材料薄层能够让光线绕过物体，从而使物体隐形。这是在现实生活中早关于隐身斗篷的技术构想。几个月之后，美国的戴维R史密斯（David R.Smith）教授则展示了这种斗篷的雏形。 具备人工特殊结构的超材料那么，这个能够将科幻小说中虚构的事物转变为现实的超材料究竟是何方神圣呢？它与中学课本上的那些电磁学、光学物理定律又是否相悖呢？下面，就让我们来揭开超材料的神秘面纱，一起看一看它的前世今生。超材料超材料（Metamaterial）是21世纪以来出现的一类新型人工复合结构或复合材料。在拉丁语中，Meta一词有超出、另类等含义。超材料一般具有以下三个重要特征：（1）具有新奇的人造结构；（2）具有天然材料所不具备的超常物理特性；（3）其性质主要由特殊的结构所确定。 a.普通的水 b.负折射率的液体超材料的前世今生虽然超材料的概念直到21世纪才被提出来，但早的相关研究恐怕要追溯到大约半个世纪以前了。早在1967年，就已经有科学家对这类具有超常物理性质的材料进行过理论上的设想。苏联科学家维克托韦谢拉戈（Victor Veselago）曾指出，如果有一种材料同时具有负的介电常数和负的磁导率，那么它将颠覆整个光学世界它能够使光波看起来如同倒流一般，并且在诸多方面都将表现得有违常理。但是，在自然界中并不存在这样的材料如果存在，我们应当能够观察到许多奇特的物理现象，比如负的折射率（如图b所示）、相反的多普勒效应，等等。或许是太过于石破天惊，维克托韦谢拉戈的设想未能立即引起学界的重视。数十年光阴悄然而逝，这一设想竟然几近无人问津。直到20世纪末，约翰潘德瑞的研究取得了重大突破，这才让维克托韦谢拉戈尘封多年的设想再度成为人们热议的焦点。约翰潘德瑞前瞻性地引入了超材料的概念。他开创性地指出，不应当只是将材料看作一个均匀的块体，而应当关注组成它的微小单元。 材料的问世使人类的隐形梦曙光初现换言之，材料的电磁特性可以从这些细小的结构单元中获得，而这些单元之间的相互作用也可能产生出一些原本不可能出现的效应。从这一思想出发，约翰潘德瑞提出了可以兼具负介电常数和负磁导率的结构单元。随后，戴维R史密斯等在此基础上，首次制造出了在微波波段具有负介电常数和负磁导率的材料。他们让一束微波射入铜环和铜线构成的人工介质，使得微波以负角度偏转。由于电磁波在这种材料内部进行传播时，波矢k、电场E和磁场H之间符合左手定律，因此这种材料也被称为左手材料或负群速度材料。可以说，超材料的问世在物理学史上具有里程碑式的意义。超材料，连同具有负折射率的左手材料一起，备受世人瞩目。2003年与2006年，美国期刊《科学》两度将左手材料的相关研究列为当年的十大科学进展。就这样，随着科技的进步，昔日只能出现在科幻世界里的隐形斗篷，如今不再是那样的不切实际。超材料，前途无可限量迄今发展出的超材料包括左手材料、光子晶体、超磁性材料等。不同种类的超材料在各自的领域中都可谓大放异彩。这里，我们选择性地介绍两种具代表性的、也为人所熟知的超材料左手材料与光子晶体。神奇的左手材料与隐身衣 左手材料如上所述，左手材料是指一类介电常数和磁导率都同时为负值的材料。它们具有负的相速度、负的折射率、理想成像、逆多普勒频移、反常切伦科夫辐射等物理性质。利用这些反常的特性，可以实现诸多奇妙的功能。例如，我们可以利用左手材料制作出具有超高分辨率的、不会丢失信息并将所有能量完全复制到成像点的理想透镜，可以用作天线覆层以提高天线的定向性、确保通信的保密性与高效性，可以制作微波部件（如滤波器等）以显著减小部件的体积，可以控制电磁波传播方向、阻止信号向人脑方向传播从而避免手机辐射对人体造成的伤害，等等。利用左手材料以及与之相关的超材料，还可以让电磁波以特定的路径绕过其包裹的物体，从而达到使该物体隐身的效果，这正是电磁隐身衣与光学隐身衣的实现途径（如图c所示）。 c. 光学隐身衣的基本原理 左手材料未来将在通信、航空等领域得到广泛应用不难想见，左手材料的价值是无可限量的，将会在军事、通信、航空航天等领域得到广泛应用。 光子晶体在当代信息业中，有一个大梦想，即是用光子代替电子传递信息。光子具备电子所不具备的优势。用光子代替电子做载体，不仅可以提高传输速率，还可以提高信息的携带量。更重要的是，光子之间的相互作用明显弱于电子间的相互作用，因而光子通信可极大降低传输过程中的能量损耗。 d. 光子晶体值得一提的是，虽然光纤的使用已经让我们迈出了可喜的步，但是由于在信息输入、输出方面，光纤仍需依靠传统的电子器件，这使得传输效率还是没有得到太大的提高。光子晶体（如图d所示）的出现极有可能改变这一现状。可以预见，在不久的将来，光子晶体在改变通信领域的同时，还会对其他相关产业产生巨大影响。超材料，物理学新视界人类文明的发展水平，在很大程度上取决于该文明所处的时期，人们对材料的使用状况。或许如同历史上的石器时代、青铜器时代、铁器时代、塑料时代等一样，我们正在试图开启一个以超材料为代表的材料新纪元，也未可知。尽管目前超材料的应用大都还只停留在理论阶段或者仅仅是一个雏形，但我相信，在未来的某一天，我将真正拥有一件属于自己的隐形斗篷，而不必只是将它当作一个美丽的幻想。超材料，便将是我们通往梦想的一把真实的钥匙。 未来，一个线路板中将有数千个电子超材料元件据美国市场研究公司（ABI Research）调研预测：2010-2020年间，超材料这一细分领域的市场规模将以41%的年复合增长率发展，2020年，其市场规模将达到8.77亿美元。如此可见，超材料的应用及市场前景非常壮阔。
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