躲貓貓神器“隱身衣”

愛(ài)幻想的人類總有很多共同的夢(mèng)想：一些已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了，比如飛行；還有一些看起來(lái)不太可能，比如時(shí)光倒流；剩下一些，人類正在努力實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中，比如隱身術(shù)。

在各種古老或現(xiàn)代的設(shè)想中，如果不是天賦異稟，隱身術(shù)總需借助一些外部道具。在中國(guó)的奇門(mén)遁甲里是金木水火土等五行材料，到了西方魔幻《指環(huán)王》里用的是至尊魔戒。如果欲用現(xiàn)代科技實(shí)現(xiàn)隱身，隱身衣看起來(lái)最靠譜?？茖W(xué)研究里也通常用隱身衣指代隱身技術(shù)。

日前，關(guān)于浙江大學(xué)有關(guān)隱身衣的新聞引起轟動(dòng)。在浙大陳紅勝教授和南陽(yáng)理工大學(xué)團(tuán)隊(duì)一同發(fā)布的視頻里我們看到，本來(lái)空無(wú)一物的水缸里，突然有條金魚(yú)從一個(gè)透明的地平線后憑空鉆了出來(lái)。這代表隱身衣已經(jīng)研制成功了嗎？

調(diào)度光線小九九

浙大的“隱身衣”其實(shí)是個(gè)透明的立體六邊形裝置，它完全是用一種容易得到的光學(xué)玻璃制成。這個(gè)立體六邊形又被分隔成六塊相同大小的區(qū)域，金魚(yú)就藏在中軸部位的空腔里。

由于這種巧妙的設(shè)計(jì)，光路經(jīng)數(shù)次折射后仍保持原有的行進(jìn)方向，因此光線正好繞過(guò)藏在中軸空腔里的魚(yú)，我們完全看不見(jiàn)它。在陳紅勝教授更早的一個(gè)實(shí)驗(yàn)里，也是用類似裝置讓一只小貓悄然隱身。

人是通過(guò)物體反射回來(lái)的可見(jiàn)光看到物體。根據(jù)這個(gè)原理科學(xué)家發(fā)明了雷達(dá)，它依據(jù)反射回來(lái)的雷達(dá)波發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。而隱形飛機(jī)則通過(guò)表層特殊涂料，極力吸收雷達(dá)波從而盡可能地“隱身”。但隱形飛機(jī)只是很難被雷達(dá)發(fā)現(xiàn)，等它飛近后就連人的肉眼都逃不過(guò)。

也許你會(huì)問(wèn)，如果我們用隱形飛機(jī)的思路，把那層吸收雷達(dá)波的涂料改為吸收可見(jiàn)光，是不是能制作真正的隱身衣呢？不會(huì)！即使真的發(fā)明了吸收可見(jiàn)光的涂料，穿上那種隱身衣的結(jié)果，只會(huì)讓你變成黑乎乎一團(tuán)，目標(biāo)更明顯了呢。

如果吸收光線行不通，那把光透過(guò)去呢？一些高透光材料能夠滿足這一設(shè)想，但它們對(duì)人體沒(méi)轍，你總不能發(fā)明一種神奇藥水把人體變得完全透明吧，即使真有這種藥水恐怕也沒(méi)人敢喝。

剩下看起來(lái)還算靠譜的辦法是讓光繞過(guò)去。就像江河里的水，在遇到距離水面很近的暗礁時(shí)，就會(huì)從礁石上方和左右繞過(guò)前行，而水面的起伏變化并不明顯，這時(shí)僅憑肉眼遠(yuǎn)觀很難發(fā)現(xiàn)水下暗礁。這就是現(xiàn)代隱身衣的理論框架。

隱身衣的研制難點(diǎn)是現(xiàn)實(shí)情況變幻莫測(cè)。我們知道光在不同物質(zhì)里傳播時(shí)會(huì)發(fā)生折射現(xiàn)象，折射能改變光路。所以可以通過(guò)組合各種材料的折射率，設(shè)置好被隱藏物的位置，調(diào)整好光路，讓光繞過(guò)物體并保持原來(lái)的行進(jìn)軌跡。但好不容易算盡了這些機(jī)關(guān)，只要被隱藏物換個(gè)位置或是改個(gè)姿勢(shì)，很可能又暴露了。

因此，現(xiàn)實(shí)情況要求隱身材料的折射率必須能隨時(shí)調(diào)整變化，有時(shí)其折射率甚至為負(fù)數(shù)。怎么理解這個(gè)“負(fù)數(shù)”呢？打個(gè)比方，小明把一根木棍的頂端斜插進(jìn)折射率為負(fù)的河水里，結(jié)果水中木棍頂端的折射影像不是像通常那樣向上微微翹起，而是向下彎折。然而問(wèn)題就在這里，自然界根本不存在折射率為負(fù)的材料。

怎么辦？人造。一種完全人工制造的新材料正逐漸“接管”隱身研究。

“超潁”，隱身曙光

沒(méi)錯(cuò)，“超潁”（metamaterials）就是這種神奇材料的大名。這種物質(zhì)能很容易地改變自己的折射率，甚至讓折射率為負(fù)。

物質(zhì)的折射率主要由兩個(gè)物理量決定，它們是“介電常數(shù)”和“磁導(dǎo)率”，所以我們姑且把它倆稱作“折射指揮棒”吧。在天然材料里，這兩根“折射指揮棒”的性能都是固定的，因此這些材料的折射率也是固定的。

但超潁材料不一樣，它那兩根“折射指揮棒”的性能都隨光線入射位置變化而變化，也就是說(shuō)科研人員可以組合設(shè)置它們，通過(guò)精確控制折射率，讓光線順從地拐彎。這樣無(wú)論從哪個(gè)角度看，被超潁材料遮擋的物體都看不見(jiàn)。

目前學(xué)界的共識(shí)是，關(guān)于隱身衣的研究，實(shí)際上就是關(guān)于超潁材料的研究。要想成功研制隱身衣，就一定要在超潁材料上取得突破。

2006年，前面提到的隱身衣“泰斗”彭德里與美國(guó)杜克大學(xué)的戴維·史密斯等人，用聚合材料和微小的金屬絲混合制成超潁材料，制造出一個(gè)能讓微波繞道而行的圓環(huán)，而微波與可見(jiàn)光同屬電磁波。這是真正始祖級(jí)的隱身衣。

不過(guò)這位始祖的身量還非常小，并且只能讓微波而非可見(jiàn)光繞道，若真用到人身上，只會(huì)產(chǎn)生裸眼識(shí)破隱形飛機(jī)一般的喜劇效果。但也正是從那年起，隱身衣研究不斷升溫，先后已有數(shù)十個(gè)團(tuán)隊(duì)參與到科研競(jìng)賽中來(lái)。

普度大學(xué)的沙拉耶夫教授，把隱身尺度從微米級(jí)提升到了毫米級(jí)，已經(jīng)可以產(chǎn)生指頭粗細(xì)的隱身區(qū)域。伯克利大學(xué)的張翔教授則使用一種三維超潁材料，第一次把隱身波段擴(kuò)展到可見(jiàn)光范圍。香港科技大學(xué)的陳子亭教授還提出，隱身只是控制光線的第一步，科學(xué)家還可嘗試控制光線讓物體看起來(lái)變成另外的模樣，實(shí)現(xiàn)光學(xué)幻象。

最近的一個(gè)研究來(lái)自得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校，其研究者做出了厚度僅0.15毫米的隱身衣，適用于更廣的電磁波頻率范圍，包括可見(jiàn)光和微波。

這些例子告訴我們，隱身衣研究的進(jìn)步有多快?？偟膩?lái)說(shuō)，我們能做的隱身衣將會(huì)越來(lái)越大，打個(gè)比方，就是從胸衣到背心到短袖再到正裝襯衫，最后變成遮住全身的斗篷。隱身范圍也越來(lái)越廣，甚至隱身于紅外線、挺進(jìn)紫外光。最后不只普通人看不見(jiàn)你，超人、鋼鐵俠、終結(jié)者也全都視你如無(wú)物。

更多幻想，更多希望

陳紅勝教授兩個(gè)成功的實(shí)驗(yàn)讓隱身衣研究界權(quán)威、英國(guó)帝國(guó)理工學(xué)院的約翰·彭德里稱贊為“真正的進(jìn)步”。這是人類首次實(shí)現(xiàn)體型稍大的動(dòng)物在人眼前隱身。但實(shí)際上，大多數(shù)媒體都沒(méi)有提及的是這種隱身效果只在有限的角度下才能實(shí)現(xiàn)，你只要稍微側(cè)點(diǎn)身子觀察，附在金魚(yú)身上的隱身魔法就消失了。

可見(jiàn)這個(gè)設(shè)計(jì)精巧的立體六邊形離真正的隱身衣還差很遠(yuǎn)。它更像是一次技巧展示，但研究思路完全正確。

有研究者設(shè)想了一些更科幻的方法來(lái)制造隱身衣。也許你已經(jīng)猜到，空間的辦法想完后，剩下就是時(shí)間了，這種神器名為時(shí)空隱身衣。

它也是利用超潁材料控制光線，尤其是把從物體反射回人眼的光波尾部盡可能地拖慢。這樣做有什么效果呢？想象一下吧，兩輛空駛的警車(chē)一前一后疾馳在高速路上，而歹徒在遠(yuǎn)處山上正用望遠(yuǎn)鏡監(jiān)視它們。這時(shí)兩輛警車(chē)同時(shí)啟動(dòng)時(shí)空隱身裝置，從警車(chē)反射回望遠(yuǎn)鏡的可見(jiàn)光波尾被拖得越來(lái)越慢，這樣歹徒看到的就會(huì)一直是警車(chē)剛才一前一后行駛的樣子。而事實(shí)上，這兩輛車(chē)之間逐漸拉開(kāi)距離，在一個(gè)岔路口，第三輛車(chē)迅速加塞兒到前兩輛車(chē)之間，車(chē)內(nèi)特警隨即以風(fēng)馳電掣的神速，將“加塞兒車(chē)”內(nèi)的某重要線人和秘密裝備轉(zhuǎn)運(yùn)到前后兩輛車(chē)內(nèi)。等經(jīng)過(guò)下一個(gè)路口時(shí)，“加塞兒車(chē)”出列駛離，剩下的兩車(chē)恢復(fù)原先車(chē)距并關(guān)閉隱身裝置，向著只有他們知道的目標(biāo)絕塵而去……

可能有些扯遠(yuǎn)了，那么正在研發(fā)的隱身衣有什么用呢？最直觀的用途恐怕就是軍事領(lǐng)域了。

海外軍方當(dāng)然不會(huì)錯(cuò)過(guò)這個(gè)未來(lái)可能成為王牌的科技，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局已經(jīng)支持隱身衣研究超過(guò)十年了。如今其最新進(jìn)展如何，我們不得而知。有趣的是不管他們?cè)趺磁?，也得不到完全隱身的兵種。這是因?yàn)槿绻粋€(gè)人徹底藏身于隱身衣，那么外部世界對(duì)這個(gè)人也會(huì)完全隱身，他看不見(jiàn)聽(tīng)不到，何談戰(zhàn)斗力。

關(guān)于隱身衣的研究目前還處于初級(jí)階段，真正的隱身衣還遠(yuǎn)沒(méi)實(shí)現(xiàn)，目前所有流傳于網(wǎng)絡(luò)的真人隱身圖都不是真的。不過(guò)箭已射出，相信它終會(huì)命中靶心。沙拉耶夫教授認(rèn)為，假如真搞出了隱身衣，就足夠拿諾貝爾獎(jiǎng)了。其實(shí)，替全人類圓一個(gè)夢(mèng)想，可比拿諾貝爾獎(jiǎng)還帶勁兒。

（本文作者為科普作家）