「博采众议」亚波长电磁学浅谈(5)

图10.多种功能的超材料。
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研究方法
3.1 理论研究
为了避免盲目地实验，研究中通常首先进行数值模拟仿真，如图11，先是分析物理机制、建立数学模型，再做实物制作和测试实验。当然如果是在实验中观测到了异常现象就另当别论。

图11.麦克斯韦方程组。
图11中的四个方程可作如下解释：
静电—高斯电场定律—穿过闭合曲面的电通量正比于这个曲面包含的电荷量。静磁—高斯磁场定律—穿过闭合曲面的磁通量恒等于0。磁生电—法拉第定律—穿过曲面的磁通量的变化率等于感生电场的环流。电生磁—安培-麦克斯韦定律—穿过曲面的电通量的变化率和曲面包含的电流等于感生磁场的环流。作为世界上最伟大的公式，麦克斯韦方程组近乎完美地统一了电场和磁场。宇宙中任何电磁现象，都可以由麦克斯韦方程组来解释。1865年，麦克斯韦仅靠纸和笔就预言了电磁波。人们不禁会想，冥冥之中真的有上帝在支配我们这个世界。但是这里引用电影《知无涯者》数学家哈代的一句话：“We do not invent these formulae, theyalready exist and lie in wait for only the very brightest of minds, likeRamanujan, ever divine and prove。
”哈代不相信“上帝”，但相信有神论数学家拉马努金，“We are merely explorers of infinity in thepursuit of absolute perfection。”而支配万物的“上帝”的含义或许就是哈代口中的“absoluteperfection”。
现在，我们有了计算机，可以通过计算机来求解麦克斯韦方程组。因此出现了许多商业电磁分析软件，大大改善了研究人员的设计条件，丰富了电磁器件及材料的设计手段。大部分电磁软件都能对结构复杂的电磁器件和材料进行建模，并给出了较多可选的边界条件和求解方式，为解决各种电磁问题提供了保障。图12为几种常用的电磁模拟软件。