光学的创新与实虚转化技术的哲学解读论文
光学的创新与实虚转化技术的哲学解读论文
光学是研究光的行为和性质的物理学科。光是一种电磁波，在物理学中，电磁波由电动力学中的麦克斯韦方程组来描述;同时，光具有波粒二象性，光的粒子性则需要用量子力学来描述。以下是学习啦小编今天为大家精心准备的：光学的创新与实虚转化技术的哲学解读相关论文。内容仅供参考，欢迎阅读!
光学的创新与实虚转化技术的哲学解读全文如下：
北极多彩的自然极光除了给人梦幻般的感觉，也给学者带来连篇的科技梦想，汪国平教授主讲的“从光学成像到光学隐身与光学幻觉”就展示了一场人间高新尖端技术的发展历程，首先，通过MAXWELL方程组求解光学反问题、进而获得电磁参数的过程，介绍了隐身斗篷的原理，令人兴趣盎然。其次，通过多种照明物体和光学幻觉装置的解析统一、实现光场调制，进而获得电磁参数的过程，介绍了光学幻觉的原理，令人拍案叫绝。最后，基于物理过程而避开对材料参数的要求，通过数值模拟和光学实验证明，正折射率材料同样可以实现远程光学隐身及光学幻觉功能，令人浮想联翩。在这里，姑且称之为实虚转化技术。
现实社会中，全世界的小孩都玩捉迷藏，谁都可以一辈子回味儿童游戏的欢乐，那遥远的隐身实践何尝不正是虚实转化欲望的萌芽。只有城里的小孩体会过哈哈镜，谁也忘不了神奇的变形曾经的傻笑，那惊喜的背后或许刻下了实虚转化的烙印。部分小孩可能因为新衣裳而盼望过年，谁也不会否认光鲜的外表何等甜蜜，但是他(她)们基本不会意识到这种化自卑为异彩的幸福里就包含实虚转化的成份。大多数人对高尖技术的本质难以理喻，捧读其专著味同嚼蜡，少有收获。但是，这不妨普通读者从自我兴趣出发，通过不同的角度对自然和人类的创新加以审视和讨论，在认识论的海阔天空里遨游。
1 光学的技术创新及其应用
为了纪念千年来人类在光和光应用技术领域的重大发现，提高公众对光的重要性的认识，推进光在能源、教育、农业和健康方面的发展，联合国早前宣布2015年为“光和光基技术国际年” [1]。
1.1 关于实虚转化技术的历程，有很多令人骄傲的成果
在专家学者关于光学理论发展的主线上，1015年阿拉伯学者伊本?海赛姆的五卷本光学著作发表;1815年菲涅尔提出光波理论;1865年麦克斯伟提出光电磁传播理论;1905年爱因斯坦提出光电效应理论，1915年又通过广义相对论将光列为宇宙学的内在要素;1965年英籍港人高锟在光传输于光纤的光通信方面取得成就，后来获得诺贝尔奖[1]。英国科学家道尔顿(John Dalton，1766-1844)被称为天才，原因之一是他对自己缺陷的认识深刻到推动人类的知识，知道自己的色觉问题而请求死后解剖他的眼睛。
在光学知识的普及教育认识上，已知光的形式多种，包括引起人类视觉的可见光以及人眼不能识别的红外线、紫外线、X射线、γ射线、无线电波和微波。北京大学教授饶毅在科学网上的《色》，通过物理学中色与波长的关系，以及神经生物学中色与感觉的关系展示了视错觉(Visual Illusion)，不是所有的动物都有视觉，植物只有光感而没有视觉，感光细胞具有高度的敏感性。
在工程技术的主线上，光学材料的发展是从板状硬性镜面到纤维状柔性线条的形态变化过程，也是从原材料直接加工到纳米技术复合材料的发展过程，材料表面加工技术也是一条由粗到精的辅线。光功能似乎无穷无尽，应用于图像信号通讯增强人们的联系和交流，应用于杂技魔术娱乐人们的生活，应用于夜视、无损检测拓展人类肉眼的能力，应用于提高光效技术可以限制能源浪费并减少光污染，应用于腐蚀分析可以保护文化遗产，应用于探索未知以了解我们栖息的世界和生存的宇宙[1]，现实中很多丰富多彩的信息被转化成单调乏味的数字，实虚转化早已白天黑夜渗透人类社会生活。
1.2 关于实虚转化技术的现状，有很多进行中的工作
从技术而言，实现了从传统的变换光学方法的第1代，到光学传递函数的第2代，再以这两者为基础，拓展到在正折射率材料上实现隐身及幻觉的发展的第2.5代。而量子隐形传态技术无疑是革命性的全新一代。2015年2月26日出版的《自然》以封面标题的形式公报了中国科技大学潘建伟项目组的“多自由度量子体系的隐形传态”研究成果[2]，利用单光子非破坏测量技术实现自旋和轨道角动量多自由度贝尔态测量，搭建了6光子11量子比特的纠缠实验平台，量子信息可以被瞬间传递并被复制，量子物理一个深远而令人费解的预言迈开了现实的第一步，实现了原来只在科幻中的“超时空传输”，证实了爱因斯坦的想象。2009年，他们研制了“量子电话样机”，并在商业光纤网的基础上组建了可自由扩充的光量子电话网，实现了“即通及安全”的量子保密电话。国家目前正以此建设世界最长的量子保密通信骨干网络工程――“京沪干线”，并实施战略性先导科技专项“量子科学实验”工程。未来十年，量子保密通信有望走向大规模应用。
从功能而言，实现了从包袱似的立体隐身、到地毯式的平面隐身，从近程幻觉到远程幻觉，从负折射率材料再到正折射率材料的升级。实现了从音频到远程视频，实现了从电脑模拟到3D打印。3D打印机功能上与激光成型技术一样，采用分层加工、迭加成形，即通过逐层增加材料来生成3D实体，这是断层扫描的逆过程，断层扫描是把某个东西“切”成无数叠加的片，3D打印就是把一片一片的打印叠加到一起，成为一个立体物体，其中的模拟原型也可以通对实物进行3D扫描测量来获取成像。
从应用对象而言，实现了从单种斗篷到多种斗篷，从斗篷的具体实物到照明物体的概念化，再到把具有折射率材料的范围从点扩成面覆盖。显然，这样的认识还是感性和表层的。
1.3 关于实虚转化技术的未来，有太多令人鼓舞的课题
在核心技术理论上，光的波粒二象性实质是指其同时具有波动性和粒子性所融为一体的二重性，还是此时的波动性和彼时的粒子性所一分为二的二元性?如果是后者，其转换是瞬间即现的还是有过程的?转换过程有哪些影响因素?转换的条件是如何的?能物理建模或数学建模吗?还有，云计算能从变幻莫测的极光模拟中提取出规律性吗?
在关联技术研究上，无论光学隐幻技术发展得多强大，那还是一门光学。其应用仅仅是刺激人类的视觉而已，这还是一个静悄悄的世界。那么，把声学交叉进来，通过对波场波动特性的调制，付之以生动的灵性。无论光学隐幻技术发展得多完美，那也还是一门相对的技术。其基础强烈依靠照明物的外形结构，这还是一个表面化的世界。那么，把多余的结构撇除，通过对光学数字信号重组技术，弥补照明物轻量化后、与传统比较的缺失。在工程技术应用上，以光电磁及其传播理论为基础，以纳米材料及其加工理论为微观和细观技术代表，以海市蜃楼及其模拟技术为宏观典型的研究可成为近期的研究热点。
2 实虚转化技术的哲学解读
2.1 实虚转化换代质变
2008年科学家已宣布他们距离制成可使人类隐身的材料仅有一步之遥。据称，来自美国加州大学伯克利分校的研究人员开发出了一种新型纳米材料，可使3D物体周围的光线折射后绕过物体，从而达到隐形的效果，研究团队表示今后将有足够大的这种材料出现，可使人类隐身。该成果也已经发表在《自然》和《科学》上，其原理主要基于负折射现象，这是俄国科学家Veselago在1968年提出的：当光波从具有正折射率的材料入射到具有负折射率材料的界面时，光波的折射与常规折射相反，入射波和折射波处在于界面法线方向同一侧。
负折射率材料是在本世纪初才开发出来的，此前负折射现象只能在人不可见的微波波段实现，而新材料则能够在可见光波段实现负折射。新材料使用纳米级网眼结构的银和镁氟化物，研究人员表示光线在这种材料中传播就像水流绕过石头一样，结果是从物体正面仅可以看到背面传来的光线。另一方面，这种材料可以迅速应用于通信和其他领域，例如使用这种负折射率材料制造“超级透镜”，能够突破光波衍射极限，观察到更微小的物体。
应该说，上述报道的技术内容还未超出汪教授讲座的范围，也即由于第1代和第2代最后都要获取电磁参数实现实虚转化，这不是技术的质变，只是同一技术的不同技巧。由于第2.5代避开了对材料参数的要求，即使还需要获取电磁参数实现实虚转化，但是所依赖的物理参数已改变，已是技术的质变。
2.2 实虚互化循环升级
从实物到隐形只是实虚转化的第一步，其表现是从有到无。从实物到幻觉是实虚转化的第二步，幻觉(伪装)多了欺骗，其表现是从有经过原有的无、到了新的有。因此，实现了有→无→有的循环。但是这只是单向循环，或者说是简单的循环。正如该技术的材料从负折射率材料到正折射率材料的升级一样，该技术也只有进一步从“实→虚转化”发展到“虚→实转化”，也就是从顺变到逆变，从单向转化上升到双向互转，双向简单循环，才能为“虚 实互转”打下基础，混乱中找到一一对应、有条不紊。最终实现双向复杂循环。否则，就像字体转换结果的乱码，宛如天书。但是，虚实互化技术的实现也就同时意味着实虚转化技术的危机，当对方能虚实转化时，我方的实虚转化就失去了意义。这种从无到有、从研发到淘汰的技术生态，究竟是双向复杂循环的螺旋升级，还是哲学中的物极必反呢?
2.3 组合技术放大效应
百多年前，人类进入了机电一体化时代，现在，光机电磁一体化技术已娴熟应用在社会的各个角落。时髦的管理者常拿1+1>2来谆谆强调组合的放大作用，古老的传说也同时告诫人们关于两个和尚没水吃的无奈。这是什么原理呢?肯定不是化学反应，但是也不能完全肯定全部是物理作用的结果。也许是组合与混合的微妙区别，或者是局部与整体的正确关系。
可以预见的是，这些正确的组合也不够了，人类欲罢不能的贪婪终将通过云计算技术把时间这个动态因素、通过纳米技术把材料这个静态因素，也一并深刻地嫁接进去，培育出虚实融化、变幻无常的奇妙世界。科学技术真是第一力。
2.4 实虚转化永远处于量变质变的动态发展中
这是时代发展的必然。慢吞吞的转化绝不是隐方的大忌，同样在野外开阔地隐身，狙击手的服装只要随环境渐变，但是有时也要随强光剧变。任何剧变就意味着超大规模量的计算或微元。幻觉还分为静幻和动幻。浙江大学是国内光学研究的佼佼者，研发的光学隐形材料――光在该装置内“转弯”，但穿过装置后仍按原来的方向传播。据研发人员透露，下一步就是要让这种材料也能让电磁波“转弯”。据悉，浙大的“光学工程”在全国95个“一级学科”中排名第一。实虚转化技术的动态既包括技术自我发展，也包括技术应用环境的适应性。春夏秋冬的全球地理，白天黑夜的世界风貌，前身后世的高山海洋，该技术都能贴切服务、运用自如吗?
2.5 实虚互化技术反映事物的矛盾性
矛盾是事物发展的动力源泉。战争对安全的需要与现实有矛盾。那么，从周边环境实时取样，分解其构成编程成模块，使得战舰可与大洋波涛实虚互化，战机可与蓝天云彩实虚互化，战车可与山林灌木实虚互化。交通对安全的需要与现实有矛盾。那么，从事故环境的车水马龙时段实时取样，在环境的事故多发时段连续播放，从虚到实强烈提示安全标识，引导过往人车秩序井然。而奔驰工程师研制的隐形奔驰将不可避免地发生严重相撞事故，现实还有人对其充满痴迷，认为可以在任何地方停车而不用担心被开罚单。
不过，也许要赔的是痴迷者的生命。青春对美丽的需要与现实有矛盾。那么，从本人的脸庞扫描取样，分解其色素组织编程调制，使得红逗暗疮可与红粉娇嫩实虚互化。奥运会对健体强魄的精神与巨额投入的现实需要有矛盾。那么，从虚到实转换出一盘不耗燃料的熊熊圣火来兴奋大众吧。公园对著名景观的需要与现实有矛盾。那么，从虚到实塑造一个远隔千山万水的风暴名胜来过把瘾吧。观众对晚会魔术的需要与现实有矛盾。那么，从虚到实塑造一个翻天覆地的英豪来崇拜吧。
2.6 实虚互化技术反映事物的相对性
从物质的层面来说，虚与假两个概念没有什么区别。发散思维中的哲学使概念的创新形成原理的创新，具备相对性。以实虚来分析，与真假就不等同，有实的真和实的假，例如空中的彩虹和色盲，也有虚的真和虚的假，例如镜中花和影视作品中的穿越。实虚真假构成了图1所示的12种概念关系，如果再把有和无这两个概念加进去，则可产生20种相对的概念关系。如果进一步把空这概念加进去，就更多概念关系。因此，从哲学的角度来说，概念的组合相互促进发散。 图1 概念的交互关系
光学的三原色也具有相对性，自然界以红、黄、蓝为三原色，计算机则以红、绿、蓝为三原色。这是因为人眼接收到的光线本来就有两种类型：一种是反射光或透射光，另一种是光源直接发出的光。我们在自然界中看到的大部分物体都是因为反射光或透射光的作用，而计算机显示器上出现的色彩则是光源的作用。因此出现两种“三原色”没有孰对孰错，只是相对的光源类型不同而已。那么，当打印电脑中设计的彩色模型时，是否要把绿色转换成黄色才有等同的视觉效果呢?
2.7 实虚转化技术的能动规律
实虚互化技术不仅被人类掌握，也属于动植物的生物技能。动物在实践中主动演化自己，通过伪装伏击猎物，通过扮妆吸引异性或恐吓竞争对，这成功的背后没有主动的认识吗?禾雀花模拟禾花雀，蝴蝶兰模拟蝴蝶，而蝴蝶又模拟生存环境中各种花的图案，兰花螳螂、魔花螳螂和刺花螳螂则已分不清是动物模拟植物，还是植物模拟动物，这相互依赖的背后肯定包涵着智慧。
水中的章鱼帝可以从形和色两方面协调双变，不可一世;地上的变色龙虽则有的进化与树枝近形，但大多在危急时就只能以色隐形，或者就在茫茫沙漠中枯?ㄒ皇溃欢?空中短命的彩蝶居然懂得变换翼面单色微粒的排列间隙来折射光线，从而表现出不是颜色的艳丽，这也符合前面所述的两种三原色的原理，不枉此生。因此从广义而言，人类并不是纳米技术的发明者，动植物要积极主动得多。可怜的是，愤怒小鸟受玻璃幕墙实物虚景的欺骗，不撞南墙不回头、撞了南墙头破血流，悲惨一生。因此，在实虚转化技术的研发应用中，人类不但需向生物虚心学习，还需要检讨如何尊重自然，发挥更大的主观能动性。
3 结语
尽管实虚转化技术通过动植物和人类早已渗透到历史的方方面面，但是这还只是一个技术方向而尚未成为一个专业，当前分散的研究无非是东敲西打而已，光学不等于实虚转化学，后者的框架构建尚未见栋梁和立柱，无论其在应用上杂耍得多么漂亮，手段再怎么五花八门，都只是在某个方向的小圈里转悠而已。大多数科学家认为，约有四分之三的宇宙正在以暗物质和暗能量的形式消失，而这两者目前都没被直接观察到。
人类怎能用眼看到暗呢?武侠小说里的奇门遁甲曾几何时引起青少年的好奇与怀疑，相信这项魅力技术吧，赶快加入到实虚互化的技术团队中，跟踪光学隐幻技术，开创山川河流和风云雷电的模拟，促进仿真与模拟的常态化，升级钱学森先生的《工程控制论》，引导我们穿越时空，去为造福生命星球而创新。