目前「反隐形衣」理论,探讨部份消除隐形衣伪装效果的方法,可能达到一个完美隐形衣的要求,让隐形者可以看到外面的世界。
说到隐身术,许多人可能觉得只有在神话或者科幻小说里面才有。不过,如今有一批科学家正在试图把幻想变成现实。这就是几年来进展迅速的研究领域:隐身斗篷(Cloak of invisibility)。
一个物体之所以能够被看得见,是因为所有的物体都会反射光线,被我们的眼睛和大脑接收后就看到了。那么要实现隐身,就需要在光在线做文章,目前有关隐身斗篷的研究也都是这方面的。
也许您在二、三十年前就听说过关于隐形飞机、战舰在军事上的应用。其实,这些所谓的「隐形」不过是通过采用吸收雷达波的材料,减小雷达探测的截面,使得飞机、战舰不容易被敌方雷达探测到。而对于肉眼而言,是没有任何隐形作用的。近来许 多刊物更贴切的采用了「匿踪飞机」这样的字眼。
日本人研发「光学伪装衣」
理想的隐形衣,应当具有类似电影中哈利.波特的斗篷那样的功能,无论是理论上还是技术上,这都是十分困难的。而日本科学家早在二零零三年前,已经运用先进的电子技术,绕开隐形技术难题,开发出「半透明」的斗篷。
这种隐形衣被称为「光学伪装」衣。它是由「后反射物质」制造的。衣服外覆盖一层反光小珠,还装有数个小型摄像仪。当人穿上衣服后,衣服的前面会显示摄像仪拍下的背景影像,衣服后面则显示前景影像。这样一来就使着装者与环境混为一体,从 而达到「半隐形」效果。穿着这样的衣服走在街上,就如同幻影鬼魅一般。
隐形衣理论的提出
那么真正的隐形理论应当是什么样呢?好,让我们先回到刚才提到的「匿踪飞机」。这样的飞机是通过吸收雷达波来躲避雷达的,因为雷达是通过接收反射雷达波来探测目标的。而「隐形衣」却不能采用吸收光波的策略,而是让光波像水流遇到障碍物 一样绕过物体继续向前,这样就不会影响远处后面的物体。于是对观察者来说,物体就成了全透明的,也就「隐形」了。
二零零六年五月,美国杜克大学和英国伦敦帝国学院科学家提出了「隐形衣」的数学模型,并将其成果发表在《科学》杂志网络版上。
在此之后仅仅五个月,杜克大学的科学家们就成功进行了第一次「隐形衣」试验。电气工程与计算器系助理教授戴维.史密斯(David R. Smith)领导的一个专家小组,用一个圆形的遮蔽装置(circular cloaking device)成功地使微波绕过了铜盘,也就是说,这个铜盘在微波中就像隐形一样。
但是这仅仅是开始,当时科学们表示,物体只能在很窄的波长区域(微波)内「隐身」。在可见光区实现「隐身」,才是研究人员追求的目标。
哈利.波特看不到外面
「隐形衣」的作用是让别人看不到自己。但是根据目前的理论,通过改变光波流向实现隐形有一个很大的缺陷,就是隐形者自身也无法看到「隐形衣」以外的世界,因此成了地道的盲人。
罗彻斯特大学(University of Rochester)的数学教授艾伦.格林里夫(Allan Greenleaf)与他的合作者推出新的数学理论,预测隐形衣中发生的一些奇怪的事:如一个人试图从隐形衣中向外看,可能会看到各个方位都像一面镜子。想象一下哈利.波特的隐形衣以这种方式工作,当哈利打开手电筒向外看时,不管他朝向哪里,光线都会反射回到他身上。
在可见光区隐形
二零零九年三月,美国加州大学伯克利分校教授张翔及其同事,已研发出两种光弯曲材料,可使人类肉眼无法看到三维空间的物体。他们研究的材料被称为「超材料(metamaterials)」。
张翔及其同事研发的这种网状的新型超材料,以某种普通材料达不到的方式使可见光弯曲,其物理结构实际上形成一种隐形衣,引导着光线环绕着周围物体,使其既不能反射也没有影子产生。
这种材料首次在三维空间中显示出所谓的「负折射率」。大自然中发现的所有物质都有正折射率,它是一种衡量电磁波从一个媒介至另一个的弯曲指数,但在这些超材料中,光通过被以「错误」的方式弯曲,这使它至少在理论上类似一个隐形衣。
这种隐形衣是自然界没有的所谓「超材料」的人造合成材料,它可能藏起一个人,或引导光线环绕一个丑陋的大楼,阻止观看。不同于著名的哈利波特小说中的隐形衣,这里描述的材料是由金属制成并且易碎。而且,这些材料的大规模生产也将是一个挑战。
新材料使互联网提速十倍
这种新型的光弯曲材料可以提高互联网速度至少十倍,奇怪的是,它是通过稍微减慢光入射的速度来达到此目的。
美国科学家最近发明的这两个「超材料」展示了这种能使网速增加的可能性。加州大学研究人员表示:「一般来说,超材料可被设计为许多其他有趣的应用,譬如在光通信中减缓光射线。」
因此,这些材料可以更直接的应用在光纤网络上,通过截住光线,使工程师发送信息比传统的电子产品更有效、更迅速。这些材料也可标志着量子计算领域的进展,根据物质在原子水平的奇异量子特性,可以数百万倍地提高计算机功率,超越了今天的任何材料。
光纤通信有巨大容量,因为每个光频率发送的选择光纤能够携带一个频道信息。因此,这些材料的发明,代表了一场宽带计算和存储记忆的革新。
这种光存储能力提供了一个强大的新工具,来控制光信息,甚至利用原子的量子特性,来发展量子计算器,在理论上,它将比目前的机器以快数百万倍的速度解决问题。
让哈利.波特复明
就在美国科学家发表关于在可见光区隐身的研究后不久,中国上海交通大学教授陈环阳(Huanyang Chen,音译)和香港科技大学教授陈哲廷(Che Ting Chan,音译)领导的团队合作,提出了「反隐形衣」理论。
这种理论探讨了部份消除隐形衣伪装效果的方法。当隐形衣使环绕物体周围的光线弯曲时,如果碰到反隐形衣的任何部位,都会导致一些光线被折回,使物质成为可见。
更重要的是,这一理论有可能让隐形者看到外面的世界。前面已经提到,由于没有光能够穿透一个完美的隐形衣,也就没有方式让隐形人看到外面。换言之,隐形人也是盲目的。而现在有可能在隐形衣上打开一个窗口。陈博士说:「使用反隐形衣技 术,哈利波特如果愿意的话,可以看到外面了」。
美研制出新型“隐形衣” 外形如同黄色浴巾
英国女作家J‧K‧罗琳的《哈里‧波特》系列小说中,经常会出现主人公披上隐形衣、瞬间遁形的情节,这也是这部科幻小说中最令人羡慕的情节之一。
美国一个科研小组最近在“隐身衣”研制上迈出新一步,让“隐形梦”不再遥远。
“隐形”原理
杜克大学研究人员说,他们制作出的隐形材料可以引导微波“转向”,避开仪器探测,从而防止物体被发现。
与光和雷达波一样,微波探测到物体的原理是物体阻挡了微波通过的途径,使其产生阴影,从而“显形”。这种敷在物体表面的材料,能引着微波“绕着走”,起到将物体隐形的作用。
杜克大学教授、研究人员戴维‧史密斯介绍说,他们设计的“隐形衣”外形如同一条黄色的浴巾,由数以千计的类似人造玻璃纤维的“超材料”组成,这些材料可以“抓住”微波并改变其方向。
他解释说,当微波射到披有隐身材料的物体上时,微波就会绕过去,整个过程就像水流经过一块圆滑的岩石而发生分流一样。
这一研究成果发表在15日的《科学》杂志上。
尚待完善
微软─全国广播网引述史密斯的话说,这件隐形衣的成本其实并不高,“如果你想把这项技术商业化,那根本花不了什么钱”。
虽然已经研制出抵御微波的“隐形衣”,但研究人员说,他们下一步要做的事情是制造出可以抵御可见光的“隐形衣”,使人眼也无法看到披有隐形材料的物体。
史密斯2006年参与制造了一件“隐身衣”。与那件“隐身衣”相比,新研制的隐身材料可谓天壤之别。
史密斯说,新研制的隐身材料可以抵挡的电磁波范围有所扩大,有利于研究人员进一步研制出可以“扭曲”可见光和红外线的隐身材料。
军事应用
研究人员说,“隐形衣”可不是供人们猎奇和消遣,军方有可能成为这项技术的第一个受益者。无论是舰船、战斗机,还是坦克,都可以通过隐身技术,让它们在敌人眼前彻底消失。
英国帝国理工学院理论物理学家约翰‧佩德里预测,在未来5年内,军方会利用这项技术伪装舰船和坦克,以防止其被敌方发现,“这一天并不远了,但要取决于人们需求的迫切程度和愿意支付价钱的多少”。
“隐形衣”不仅能使物体隐形,其巧妙躲避微波探测的原理同样也为其他领域的应用带来了可能。
史密斯说,这种原理可以解决手机信号受屏蔽的问题,让人们在电梯里也能畅通无阻地打电话。