當一支鉛筆被放入隱形裝置中時,鉛筆的中間部位“不見了”。新華社發
近日,媒體熱議浙江大學陳紅勝教授帶領的團隊研制出的電磁波隱身衣,而在此之前,日本、美國、加拿大等國家的科學家都曾拿出過這方面的研究成果。
實際上,無論是美國科學家還是浙大研制的隱身衣,都與人們想象中相去甚遠。它們有的根本就不是衣服的形態,有的只能做到微波段隱形,或者僅僅是拿出了一個概念和噱頭。
2006年《科學》分別發表物理學家烏爾夫·萊茵哈特和約翰·彭德利的關于隱形的論文。這兩篇論文奠定了隱形技術的理論體系,隱形技術逐漸成為學界最熱門的研究領域之一,負折射率材料也由此被極大豐富。然而,在實現完美隱形和成果應用上,我們仍有很長一段路要走。
1、沒有硝煙的戰場
隱形一直在各類影視、文學作品中陪伴著我們。實際上,在現實世界里,也有一群追逐隱形的科學家,他們試圖研制出最完美的隱形器件。
一條金魚,在游過一個邊長5厘米、高5厘米的玻璃柱狀正六邊體的中心孔洞時突然“消失”,透過正六邊體,魚缸另一側的景象完整可見;當金魚游出孔洞,它又重新顯現在魚缸中。這是浙江大學信電系實驗室里發生的一幕,玻璃柱狀正六邊體就是浙江大學國際電磁科學院陳紅勝教授團隊與新加坡南洋理工大學張柏樂教授等研究團隊合作最新研制的隱身衣,這則消息迅速引起媒體熱議,重新點燃了人們久懷的隱形夢想。
隱形在古代被稱為“遁”,是許多方士畢生追求的目標;古希臘神話中帕修斯戴上哈迪斯贈送給他的隱形帽,成功斬殺美杜莎。從哈利波特到指環王,從星際迷航到透明人,隱形一直在各類作品中陪伴著我們。實際上,在現實世界里,也有一群像陳紅勝這樣追逐隱形的科學家。
這是一個沒有硝煙的戰場。早在2004年,日本東京大學計算機科學和物理學教授田智前就向人們展示了他研制的光學偽裝衣——一位張開手臂的女子身著的寬大服裝上透視出身后正在行走的行人。
光學偽裝衣的原理是在衣服外覆蓋一層反光小珠,衣服上裝有數個小型攝像儀,將衣服前后的場景投影至衣服上,使穿衣人與周圍環境融為一體,但這件隱身衣明顯只能實現部分隱形,達不到人們想象中的完全隱形。
自從2006年烏爾夫·萊茵哈特和約翰·彭德利關于隱形的論文發表后,隱身衣已成為電磁學、物理學、光學、材料科學及交叉學科最前沿和最熱門的研究領域之一。世界各地許多科學家開始以此為起點,在隱身衣的研制上展開了激烈競爭。
萊茵哈特和彭德利的論文發表不久后,美國杜克大學的戴維·史密斯教授帶領的小組利用新型人工電磁材料在微波段研制成功圓柱形的隱身大衣原型,驗證了用該材料實現隱身的設想,宣告微波隱形材料的誕生。然而,這一隱身衣存在明顯缺陷:第一,只在頻譜帶寬內有效;第二,損耗大,隱形效果不明顯。
第二年,美國普渡大學的弗拉基米爾·沙拉耶夫教授帶領的研究團隊同樣研制出了一種光學超材料,并于2008年通過《科學》公之于眾。這種光學超材料具有改變光線傳播方向的能力,光線在這種材料中會出現負折射,達到隱形效果。
2009年,原屬史密斯小組的劉若鵬領導其團隊研發出超材料隱身衣,外形如同一條黃色浴巾,由數以千計的類似人造玻璃纖維的超材料組成,隱身衣的原理是讓微波轉向。但依然局限于對微波段光路的改變,可見光波段依然無計可施。
3年后,加拿大超級隱形生物科技公司發布出來的隱身衣效果圖驚艷了人們——可見光波段下的隱形幾近完美。這家公司表示已經研發出通過使穿著者周圍的光波彎曲而實現隱形效果的量子隱形偽裝材料,然而這種隱身衣效果究竟如何,根據該公司負責人的說法,僅有美國和加拿大軍方看到過真實材料。