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隱形衣

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隱形衣

隱形衣—從理論走向現實

目前「反隱形衣」理論,探討部份消除隱形衣偽裝效果的方法,可能達到一個完美隱形衣的要求,讓隱形者可以看到外面的世界。

說到隱身術,許多人可能覺得只有在神話或者科幻小說裏面才有。不過,如今有一批科學家正在試圖把幻想變成現實。這就是幾年來進展迅速的研究領域:隱身斗篷(Cloak of invisibility)。

一個物體之所以能夠被看得見,是因為所有的物體都會反射光線,被我們的眼睛和大腦接收後就看到了。那麼要實現隱身,就需要在光線上做文章,目前有關隱身斗篷的研究也都是這方面的。

也許您在二、三十年前就聽說過關於隱形飛機、戰艦在軍事上的應用。其實,這些所謂的「隱形」不過是通過採用吸收雷達波的材料,減小雷達探測的截面,使得飛機、戰艦不容易被敵方雷達探測到。而對於肉眼而言,是沒有任何隱形作用的。近來許多刊物更貼切的採用了「匿蹤飛機」這樣的字眼。

日本人研發「光學偽裝衣」

理想的隱形衣,應當具有類似電影中哈利.波特的斗篷那樣的功能,無論是理論上還是技術上,這都是十分困難的。而日本科學家早在二零零三年前,已經運用先進的電子技術,繞開隱形技術難題,開發出「半透明」的斗篷。

這種隱形衣被稱為「光學偽裝」衣。它是由「後反射物質」製造的。衣服外覆蓋一層反光小珠,還裝有數個小型攝像儀。當人穿上衣服後,衣服的前面會顯示攝像儀拍下的背景影像,衣服後面則顯示前景影像。這樣一來就使著裝者與環境混為一體,從而達到「半隱形」效果。穿著這樣的衣服走在街上,就如同幻影鬼魅一般。

隱形衣理論的提出

那麼真正的隱形理論應當是什麼樣呢?好,讓我們先回到剛才提到的「匿蹤飛機」。這樣的飛機是通過吸收雷達波來躲避雷達的,因為雷達是通過接收反射雷達波來探測目標的。而「隱形衣」卻不能採用吸收光波的策略,而是讓光波像水流遇到障礙物一樣繞過物體繼續向前,這樣就不會影響遠處後面的物體。於是對觀察者來說,物體就成了全透明的,也就「隱形」了。

二零零六年五月,美國杜克大學和英國倫敦帝國學院科學家提出了「隱形衣」的數學模型,並將其成果發表在《科學》雜誌網絡版上。

在此之後僅僅五個月,杜克大學的科學家們就成功進行了第一次「隱形衣」試驗。電氣工程與計算機系助理教授戴維.史密斯(David R. Smith)領導的一個專家小組,用一個圓形的遮蔽裝置(circular cloaking device)成功地使微波繞過了銅盤,也就是說,這個銅盤在微波中就像隱形一樣。

但是這僅僅是開始,當時科學們表示,物體只能在很窄的波長區域(微波)內「隱身」。在可見光區實現「隱身」,才是研究人員追求的目標。

哈利.波特看不到外面

「隱形衣」的作用是讓別人看不到自己。但是根據目前的理論,通過改變光波流向實現隱形有一個很大的缺陷,就是隱形者自身也無法看到「隱形衣」以外的世界,因此成了地道的盲人。

羅徹斯特大學(University of Rochester)的數學教授艾倫.格林裡夫(Allan Greenleaf)與他的合作者推出新的數學理論,預測隱形衣中發生的一些奇怪的事:如一個人試圖從隱形衣中向外看,可能會看到各個方位都像一面鏡子。想像一下哈利.波特的隱形衣以這種方式工作,當哈利打開手電筒向外看時,不管他朝向哪裏,光線都會反射回到他身上。

在可見光區隱形

二零零九年三月,美國加州大學伯克利分校教授張翔及其同事,已研發出兩種光彎曲材料,可使人類肉眼無法看到三維空間的物體。他們研究的材料被稱為「超材料(metamaterials)」。

張翔及其同事研發的這種網狀的新型超材料,以某種普通材料達不到的方式使可見光彎曲,其物理結構實際上形成一種隱形衣,引導著光線環繞著周圍物體,使其既不能反射也沒有影子產生。

這種材料首次在三維空間中顯示出所謂的「負折射率」。大自然中發現的所有物質都有正折射率,它是一種衡量電磁波從一個媒介至另一個的彎曲指數,但在這些超材料中,光通過被以「錯誤」的方式彎曲,這使它至少在理論上類似一個隱形衣。

這種隱形衣是自然界沒有的所謂「超材料」的人造合成材料,它可能藏起一個人,或引導光線環繞一個醜陋的大樓,阻止觀看。不同於著名的哈利波特小說中的隱形衣,這裏描述的材料是由金屬製成並且易碎。而且,這些材料的大規模生產也將是一個挑戰。

新材料使互聯網提速十倍

這種新型的光彎曲材料可以提高互聯網速度至少十倍,奇怪的是,它是通過稍微減慢光入射的速度來達到此目的。

美國科學家最近發明的這兩個「超材料」展示了這種能使網速增加的可能性。加州大學研究人員表示:「一般來說,超材料可被設計為許多其他有趣的應用,譬如在光通信中減緩光射線。」

因此,這些材料可以更直接的應用在光纖網絡上,通過截住光線,使工程師發送信息比傳統的電子產品更有效、更迅速。這些材料也可標誌著量子計算領域的進展,根據物質在原子水平的奇異量子特性,可以數百萬倍地提高電腦功率,超越了今天的任何材料。

光纖通信有巨大容量,因為每個光頻率發送的選擇光纖能夠攜帶一個頻道信息。因此,這些材料的發明,代表了一場寬帶計算和存儲記憶的革新。

這種光存儲能力提供了一個強大的新工具,來控制光信息,甚至利用原子的量子特性,來發展量子計算機,在理論上,它將比目前的機器以快數百萬倍的速度解決問題。

讓哈利.波特復明

就在美國科學家發表關於在可見光區隱身的研究後不久,中國上海交通大學教授陳環陽(Huanyang Chen,音譯)和香港科技大學教授陳哲廷(Che Ting Chan,音譯)領導的團隊合作,提出了「反隱形衣」理論。

這種理論探討了部份消除隱形衣偽裝效果的方法。當隱形衣使環繞物體周圍的光線彎曲時,如果碰到反隱形衣的任何部位,都會導致一些光線被折回,使物質成為可見。

更重要的是,這一理論有可能讓隱形者看到外面的世界。前面已經提到,由於沒有光能夠穿透一個完美的隱形衣,也就沒有方式讓隱形人看到外面。換言之,隱形人也是盲目的。而現在有可能在隱形衣上打開一個窗口。陳博士說:「使用反隱形衣技術,哈利波特如果願意的話,可以看到外面了」。

美研制出新型“隱形衣” 外形如同黃色浴巾

英國女作家J‧K‧羅琳的《哈里‧波特》系列小說中,經常會出現主人公披上隱形衣、瞬間遁形的情節,這也是這部科幻小說中最令人羨慕的情節之一。

  美國一個科研小組最近在“隱身衣”研制上邁出新一步,讓“隱形夢”不再遙遠。

   “隱形”原理

  杜克大學研究人員說,他們制作出的隱形材料可以引導微波“轉向”,避開儀器探測,從而防止物體被發現。

  與光和雷達波一樣,微波探測到物體的原理是物體阻擋了微波通過的途徑,使其產生陰影,從而“顯形”。這種敷在物體表面的材料,能引著微波“繞著走”,起到將物體隱形的作用。

  杜克大學教授、研究人員戴維‧史密斯介紹說,他們設計的“隱形衣”外形如同一條黃色的浴巾,由數以千計的類似人造玻璃纖維的“超材料”組成,這些材料可以“抓住”微波並改變其方向。

  他解釋說,當微波射到披有隱身材料的物體上時,微波就會繞過去,整個過程就像水流經過一塊圓滑的岩石而發生分流一樣。

  這一研究成果發表在15日的《科學》雜志上。

   尚待完善

  微軟─全國廣播網引述史密斯的話說,這件隱形衣的成本其實並不高,“如果你想把這項技術商業化,那根本花不了什麼錢”。

  雖然已經研制出抵御微波的“隱形衣”,但研究人員說,他們下一步要做的事情是制造出可以抵御可見光的“隱形衣”,使人眼也無法看到披有隱形材料的物體。

  史密斯2006年參與制造了一件“隱身衣”。與那件“隱身衣”相比,新研制的隱身材料可謂天壤之別。

  史密斯說,新研制的隱身材料可以抵擋的電磁波範圍有所擴大,有利于研究人員進一步研制出可以“扭曲”可見光和紅外線的隱身材料。

  軍事應用

  研究人員說,“隱形衣”可不是供人們獵奇和消遣,軍方有可能成為這項技術的第一個受益者。無論是艦船、戰斗機,還是坦克,都可以通過隱身技術,讓它們在敵人眼前徹底消失。

  英國帝國理工學院理論物理學家約翰‧佩德里預測,在未來5年內,軍方會利用這項技術偽裝艦船和坦克,以防止其被敵方發現,“這一天並不遠了,但要取決于人們需求的迫切程度和願意支付價錢的多少”。

  “隱形衣”不僅能使物體隱形,其巧妙躲避微波探測的原理同樣也為其他領域的應用帶來了可能。

  史密斯說,這種原理可以解決手機信號受屏蔽的問題,讓人們在電梯里也能暢通無阻地打電話。


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