#話都給我講就好系列-106-20190809
昨天清晨的 #大地震，是否讓大家從睡夢中被搖醒，嚇出一身冷汗呢？所幸沒有傳出重大災情，不過台灣位於地震頻繁的板塊交界處，時時刻刻都受到地震的威脅。在這種環境下，如何讓人口與建築密集的地區，在地震來襲時災害降到最少，是一個重大的課題。
令人驚訝的是，解決這個問題的關鍵字是「#羅馬競技場」與「#隱形斗蓬」，這兩個乍聽之下毫無關連的東西。
羅馬競技場矗立了兩千多年，是珍貴的人類文化遺產，但是對科學家而言，有個一直令人感到好奇的問題：義大利位於火山、地震活動很頻繁的地區，為什麼這個可以容納數萬人的巨大建築，可以歷經多次大地震的考驗而存留下來？而且旁邊的其他建築差不多都倒光了。
鏡頭轉到另一個現場：2006年，物理學家第一次製造出「#超穎材料」（metamaterial），利用比電磁波波長小很多的微小結構，以特殊設計的形式週期性排列，可以製造出對於微波而言「折射率為負」的人工材料。經過數值與模擬實驗顯示，微波（波長比可見光長很多的電磁波）可以通過這種材料幾乎不被散射：也就是對於在物體後方的的觀察者而言，「有擺物體」跟「每沒擺物體」量測到的電磁場幾乎是一樣的，用白話文來說，就是這個物體對於微波而言是「透明」的！
其背後的原理是，當光進入材料後，會與每個小單元發生交互作用，驅動每個小單元也發出電磁波，透過每個小單元的結構設計以及排列形式，讓這些電磁波在重疊、干涉之後，剛好讓物體後面的電磁波波形跟物體前面的電磁波波形一樣，就大功告成了。
所以只要把構成元件的進一步縮小，是極有可能製造出針對可見光隱形的材料的，事實上，已經不少團對發表了相關論文，「攻殼機動隊」中的「光學迷彩」上市的時間可能不遠了。
這些又跟羅馬競技場與地震有什麼關係呢？雖然波的來源與特性不同，物理學中的波動理論適用於電磁波，當然也適用於地震波，法國Aix-Marseille 大學的Stéphane Brûlé研究團隊指出，羅馬競技場由大量的建築元件構成了特殊的週期性結構，剛好對於地震波而言是「透明」的metamaterial，所以地震波幾乎可以「如入無人之境」的穿過它，原封不動的把能量帶走而不傳給競技場，既然沒有能量轉移，當然更加不會摧毀它了！
原理跟電磁波的超穎材料一模一樣，地震波會驅動競技場中的每個小單元震動，它們集體發出的震波會把所有的能量「還」給地震波，讓地震波無事通過！
目前許多地震學家也物理學家，也在研究這個課題，以每一棟建築當作一個元件，設計這些建築的排列型態，將整個城市變成一個「超穎城市」，對地震波隱形！
這就是物理學的厲害之處，同一套物理理論用在電磁波上，也可以用在地震上，所以理解各種自然現象的基本原理的物理學，還是最重要的啦！
MIT Technology Review報導（5月29日）：https://www.technologyreview.com/…/roman-amphitheaters-act…/
arXiv上的論文：https://arxiv.org/abs/1904.05323
#超中二物理系主任雜記
#等我征服世界就把超穎材料列為全人類必修
#生命宇宙與萬事萬物什麼都馬跟物理有關
#話都給我講就好其之106
圖一：2019年八八節的地震
圖二：攻殼機動隊中的光學迷彩（來源：士郎正宗、押井守／Production IG）
圖三：哈利波特中的隱形斗蓬（來源：JK 羅琳／Heyday Films）
圖四：羅馬競技場（來源：MIT Technology Review）
圖五：超穎材料原理。左：電磁波（條紋）通過一般圓柱狀物體（圓圈），波形明顯被散射破壞。右：電磁波通過超穎物質，波形幾乎不變（來源：arXiv）
圖六：羅馬競技場對應之擬似超穎材料結構（來源：arXiv）
昨天清晨的...