11月4日晚的《“科学之光”之物理改变世界》由物理学院教授梁彬老师主讲，报告的主题是“这是一‘声’穿越千年——从天然材料到声学人工材料”。梁老师从声学是一门研究声波的产生、传播、接收以及处理的学科讲起，不仅介绍了声学研究的基础性，而且介绍了声学研究的外延性和交叉性，所涉领域甚广，包括：地球科学、水声学、电声学、医学超声等等，让同学们产生了深厚的兴趣。
呼应报告主题，梁老师带领同学们一起回顾了声学悠久的中西方研究史。首先从沈括在《梦溪笔谈》中命名了“声学”这个词说起，娓娓道来，讲述了中华文明对声学理论发展的贡献和中华大地上璀璨的乐器文化，既有河南舞阳新石器时代遗址中出土的距今9000年左右的“贾湖骨笛”，也有湖北省出土的2500年前的曾侯乙编钟，作为湖北省博物馆的“镇馆之宝”，被誉为古代世界的“第八大奇迹”。不过众所周知，西方人建立了较为完整的科学体系，也包括完整的声学理论体系，在这一过程中众多西方著名科学家都作出了重要贡献。如古希腊哲学家亚里士多德在其作品中就曾讨论过声的产生、传播和反射，认为声音是压缩空气产生的；意大利物理学家伽利略在《关于两种新科学的对话》中谈及了钟摆的周期和振幅无关，而只依赖于决定振动频率的悬线的长度；及达朗贝尔首次推出了行波方程形式和欧拉建立了空气声波波动理论的基础，至此声学的理论框架渐渐清晰起来。到1862年，赫姆霍兹则在他的伟大著作《音调的感觉》中提出人耳机构的详细理论：耳蜗的基底膜各部分对射来声音的不同频率成分共振，解释了欧姆理论，并发明了一种特殊的共鸣器——赫姆霍兹共鸣器，这个器件至今仍是声学中最重要的器件之一。
讲完声学的“前世”后，梁老师又带领同学们探索一下声学的“今生”：声学到底研究什么。首先根据声波的频率，可将声波简单化分为次声（< 20 Hz）、可听声（20 – 20000 Hz）和超声（> 20000 Hz），它们各有不同的用途。如：次声可以制造次声武器，但缺点是声源的激发效率很低；可听声对我们人类来说是最重要的声音，因为它们才是我们可以感知到的，在这个范围声波可以用来传递信息，像我们听的音乐就属于可听声范围。但是声音太嘈杂也会产生噪声，这个时候就需要降噪处理，有两种手段包括无源噪声控制和有源噪声控制。其中有源噪声控制利用声波的干涉原理，使用一个相位相反的声音去抵消噪声，但实现的过程中需要结合复杂的算法和硬件设备；超声也有非常广泛的应用，像大自然中的蝙蝠就是通过超声波定位来捕猎和躲避障碍物的。还有生活中要用到的B超以及工业上的一些无损探伤设备都是利用超声波实现的。除此之外，由于电磁波在水中会快速衰减，所以在水中无法利用电磁波进行通信，只能利用声波，这个时候声波的重要性就更加凸显了，因为水中的潜艇和资源勘探工作都关系到国家安全，这是绝对不敢马虎的，像“蛟龙”号和“奋斗者”号都配备有声波通信系统。这些都是声学的研究范畴，仍然今天研究的焦点问题。
正如前面所讲，声学在超声诊疗、声学通信、声学设计和噪声控制领域中都有着广泛的应用和研究价值。而目前声波的调控主要使用天然材料，反过来也就会受到天然材料性能的制约。如要实现像光波一样的聚焦，由于声波波长很长就需要制备一个非常大的器件才能实现；再比如要让声波实现像光波一样的偏振特性，天然材料就无法实现这种性能。这个时候大家就在思考能不能使用人工材料突破这些限制，实现一些天然材料无法实现的性能。
声学人工材料中很重要的一类是声子晶体，这类材料是类比天然晶体而来的，它们具有能带结构，可以制备新型的声学器件来减振降噪。还有一种人工材料：超材料(metamaterial)。声波的传播特性由介质的密度和模量决定，天然材料的密度和模量都是正的，后来不断有学者发现可以通过人工材料实现负密度和负模量，从而导致声波的传播产生一些奇异的性质，如：声波的负折射、聚焦和降噪，这些材料可被统称为超材料，实际上它们只是一些特殊的结构。对于人工材料的实际应用，小型化和集成化是我们所期望的，所以这时要引入超表面的概念，根据广义斯涅尔定律，可以用一个很薄的界面实现对声波的精准调控。如图7是一种基于空间折叠结构的超表面设计方法，可以实现声波相位的精准调控，从而可以控制声波聚焦或者绕过障碍物。基于上述超表面还可以实现类似电子二极管的功能，使声波从一个方向能够投射，但是从相反的方向无法透射。而且还可以设计一些特殊的人工结构实现声角动量的操控，这样就增加了一个调控声波的自由度，可以实现互不干扰的通信。众所周知近年来人工智能异常火爆，那是否可以让声人工结构实现“智能化”，带上“大脑”呢？通过类比生物大脑的神经元和神经元网络，可使用声人工结构构造声超构神经元和声超构神经网络，它能够简便、精准、实时、无源地完成复杂任务，如：识别手写体数字等，这样就可以使声人工结构具有“智能化”。
报告最后梁彬老师为同学们简要介绍了南大声学学科，简明扼要地指出了南大声学的优势，并鼓励同学们到声学专业就读。（物理学院：王康康 黄振涛）