古老梦想要实现了?隐身衣或许真的在逐步走进现实

2023-04-04 10:02     科技日报

从古至今,隐身一直是人类追求的梦想之一,在东西方经典作品中常有相关描述,如在古希腊神话中,英雄人物珀尔修斯就曾经得到过可以隐身的头盔;《西游记》中,孙悟空使用隐身术混进瑶池宫阙大闹蟠桃宴;而在动画片《葫芦兄弟》里,六娃的绝活就是隐身。

随着科学理论的不断发展,红外隐形、雷达隐形等隐身技术已较为成熟地应用于军事领域,但诸如哈利波特的隐身斗篷这样在视觉上实现完美隐身的应用似乎还停留在人类想象层面。难道,令人无限遐想的隐身衣只能出现在科幻作品中吗?

3月21日,武汉纺织大学纺织科技馆正式开馆,推出了不少由高科技纺织材料制成的展品。其中,看似普通的迷彩服,穿在身上可以避开红外线监测,化作"隐身衣"。

多年来,在让科幻中的隐身衣走进现实这件事上,科学家是认真的。

2006年,科学家利用超构材料首次实现了在微波频率的电磁波隐身衣。随后,科学家开发了针对可见光的隐身衣。2009年,科学家成功研制出地毯式光学隐身衣。

此外,科学家还将目光转向声学隐身衣、热学隐身衣、流场隐身衣,取得了系列突破。2022年,香港中文大学徐磊教授研究组团队研发出了超薄流场隐身衣。2022年,厦门大学物理科学与技术学院陈焕阳教授团队成功设计出可作用于微波频段和太赫兹频段的隐身器件……

这些成果意味着,隐身衣或许真的在逐步走进现实。

实现古老梦想

从古至今,隐身一直是人类追求的梦想之一,在东西方经典作品中常有相关描述,如在古希腊神话中,英雄人物珀尔修斯就曾经得到过可以隐身的头盔;《西游记》中,孙悟空使用隐身术混进瑶池宫阙大闹蟠桃宴;而在动画片《葫芦兄弟》里,六娃的绝活就是隐身。

试图让自身变得不可见的幻想背后,是人类对未知的渴望,这种渴望的灵感来自大自然。中国科学院物理所研究员、北京凝聚态物理国家实验室研究员陆凌介绍,自然界中如鱿鱼、乌贼等软体动物具有的变换能力,让人们看见了实现隐身的可能。

借鉴章鱼、变色龙等自然界中动物的特殊生理结构,科学界找到了实现隐身技术的最初思路,即尽可能降低自身对比度,与环境融为一体,使人眼无法甄别。

"章鱼表皮有成千上万的小色素块,其软体组织可以瞬间张开或者缩小这些小色素块,呈现出不同颜色和形态,使人无法分辨章鱼及其生存环境。不过,从严格意义上讲,这是一种伪装术,并不是真正的隐身。我们可以看到它,只是无法分辨它和它所在的环境。"陆凌说。

而要真正让物体"凭空消失",在科学上还需向前迈出一大步。华中科技大学武汉光电国家研究中心副教授、知乎光学话题优秀答主高辉介绍,物体散射或反射的光线进入眼睛使人能够看见物体,因此要实现物体的隐形则需要这个物体既不反射和散射光线,也不吸收光线,也就是说,要使光线绕过物体,不受其影响。

在一些实验中,人们通过设计垂直排列的透镜阵列,有选择地反射光线,从而达到隐身效果,但一旦观察角度有所偏移,物体又会暴露在人们的视线中。迄今为止,实现完美隐身对科学家而言仍是巨大的挑战。

科技"弯曲"光线

要像《哈利·波特》中的隐身斗篷那样,穿上就能实现全空间完美隐形效果,理论上要能随心所欲地控制光线偏折。

早在1897年,英国小说家赫伯特·乔治·威尔斯发表的科幻小说《隐形人》就描述了这一设想。故事主人公发明了一种能把人体的折射率变得与空气一致的神奇药水。主人公使用神奇药水,就能顺利隐身,成为不被看见的人。而在漫威电影《神奇四侠》中,隐形女侠拥有的超能力能够控制光波,使光绕着她走,进而实现隐形。

无法考证,科学家是否从科幻小说中获得了灵感,但多年后变换光学理论的提出使科幻作品中的情节有了照进现实的可能。

所谓变换光学理论,是指通过改变介质参数从而让光线弯曲的理论。2006年,英国帝国理工学院的物理学家约翰·彭德里等人发现,当材料介电常数和磁导率满足一定关系时,电磁波在介质中会沿给定的曲线传播,并且不产生反射,这意味着人类可以通过精确设计,实现对电磁波的自由操控。

"理论上,通过设计和调控人造材料参数可以实现隐身斗篷、光学幻象装置、旋转器等不同功能的隐身器件,但实际操作所需调节的电磁参数非常复杂,需要昂贵的光刻技术和繁琐的制造方法,最终实际的隐身效果也会因存在种种局限而大打折扣。"厦门大学物理科学与技术学院博士研究生陶思岑介绍,在已有的研究中,科学家设计出的大多数隐身器件往往只针对特定物体或特定角度,要完全躲过世界上最精密的照相机--人眼,技术难度非同小可。

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