什么是负折射率

负折射率 　　如果有一个人说，太阳光越是照射我们，我们就会越冷。你肯定认为这个人是个疯子。这怎么可能呢？太阳光是电磁波，是能量，它传播到哪里，能量就流动到哪里，所到之处的能量密度(单位面积的能量)肯定会增加。处在阳光中的我们当然会越来越热了。 　　可是我们若走进某种材料里，就会出现一系列的怪现象。 　　我们都知道多普勒效应：光源远离我们时，我们看到的光的波长会增长，频率会变短，产生红移现象；光源靠近我们，则波长变短，产生蓝移。可是在某种材料中，光源靠近我们却会产生红移，远离我们却是蓝移。 　　见过无限薄的凸透镜吗？现实中的凸透镜不论是老花镜还是隐形镜片，都是有厚度的，有前后两个界面，无限薄的凸透镜在现实中存在吗？存在！这种不寻常的透镜是2001年英国科学家提出的一种完美透镜。利用特殊的材料，完美透镜是可以制作出来的。 　　光线在一般的透明界面上既会折射也会反射，或者只是反射（全反射）。例如，我们站在河岸上，既会看到水中的鱼也会看到自己的倒影。如果某一天，“水面”一马平川，没有任何倒影，你会不会觉得恐怖？某种材料会产生这样的景象。 　　光速是不可超越的，可是在某种特殊材料中，却可以观察到超光速现象。 　　又是“某种材料”，这神秘的特殊材料到底是什么呢？ 　　奇妙的负折射率 　　它就是现在科学家研究火热的具有负折射率的材料！ 　　那么，什么是负折射率呢？ 　　且看一般介质的折射情况:光穿过不同介质的界面时，光的传播路线会改变，不再是直线传播。一根筷子插到水中，筷子好像在水面处被折断了，水中的部分看起来向上弯折了。每个人都很熟悉这个现象，这是由于光从空气进入水中时，发生了折射， 光线向下偏折了造成的。折射现象会发生，是因为光在不同介质中的传播速度不同造成的，介质中的光速越小，介质的折射率就越大，偏折就越厉害。水和空气就是不同的介质。 　　我们一般把真空的折射率定为1，光在真空中的传播速度与在某种介质中的传播速度的比值，就是这种介质折射率的数值。既然光在真空中的传播速度最大，那么任何其他介质的折射率应该都不会小于1，即自然界中介质的折射率应该都是大于1的正值。所以，光线若是从真空斜射入其他介质中，从旁边看，光线都应该是向下偏折的。

负折射率有两种情况： 第一种是在几何光学中，将反射镜等效地看成一个折射率为-1的透射镜，这样，所有透射系统的成像公式就可以形式不变地应用到反射系统了。然而，这种情况下只是数学形式上的等效，并不是折射率真的为负数。 第二种情况是在所谓的“左手媒质”中。这是一种奇异的媒质，它的介电常量和磁导率都是负的，折射率也是负的。电磁学理论并不排除这种媒质的存在，而且实验上也观测到了这种媒质。关于它的电磁性质和光学性质已有专门的著作论述。对于“左手媒质”，折射定律仍然成立，这时入射角和折射角符号相反，说明折射光线和入射光线在法线的同侧（注意，这仍然是透射，并不是反射，因为光线进入了第二种媒质）。凑巧的是，今年亚洲物理奥赛的第二题就是关于“左手媒质”的问题，有兴趣的话可以参考。