幻想照進現(xiàn)實 隱身衣技術取得突破進展(圖)

圖：荷蘭藝術家德塞伊帕爾曼的隱身攝影作品，以化裝、改變造型等方法將模特隱入背景顏色中

????也許在閱讀幻想小說《哈利·波特》時，很多讀者都曾經(jīng)夢想穿越國王十字架火車站的九又四分之三站臺，進入蜂蜜色的城堡霍格沃茨學院，披上屬于自己的隱身斗篷，與伏地魔殊死搏斗。但是幻想小說的很多讀者，并不知道有一些科學家正在研制傳說中的隱身衣，雖然隱身衣至今仍然沒有面世，但相關技術已經(jīng)取得了突飛猛進的進展。在

????古老的隱身幻想

????遍尋古今中外，隱身的故事都伴隨著創(chuàng)造者的奇思妙想，各種千奇百怪的隱身方法亦是異彩紛呈。古希臘就流傳著珀爾修斯(Perseus)隱身手刃女妖美杜莎（Medusa）的神話。中國古代亦有孫悟空使個隱身法偷蟠桃宴的仙酒，太乙真人為哪吒手繪隱身符瞞過東海龍王等神奇故事。夢想家們可以忽略幻想與現(xiàn)實間的巨大落差，讓想像力展翅翱翔，好在有科學家們一直埋頭苦干，試圖填補這一溝壑，在現(xiàn)實世界里為人們的美夢找到堅實的基礎。世界各地的探索者們一直都在孜孜不倦地研究各種可能的隱身方法。但許多看似異想天開的隱身故事里，似乎隱藏著縝密的科學原理。

????科幻作家威爾斯筆下的隱身藥水，一直為科幻迷所津津樂道。這種奇藥可使身體組織喪失顏色，變得透明,進而消失不見。雖然這個科學過程被小說家忽略了，但我們可以略微猜想，這其中一定發(fā)生了許多生化反應，人體內(nèi)的蛋白質(zhì)等大分子變得不再可見。

????而這一點在現(xiàn)代科學中仍然很難實現(xiàn)。蛋白質(zhì)大分子對生物體的生存至為重要，而其顏色與可以吸收與散射光線的特性，與其本身的生化性質(zhì)息息相關。如果人類嘗試著改變自身分子的光學性能，無異于自掘墳墓。

????小說《魔戒》中，精靈女王送給哈比人的斗篷可以讓他們和周圍環(huán)境融為一體，實現(xiàn)“擬態(tài)隱身”。這種“經(jīng)濟有效”的方法在自然界里以保護色、擬態(tài)等形式廣泛存在。田野中的變色龍，深海里的八爪魚、比目魚，都是個中高手，它們的身體可以跟隨環(huán)境的變化而改變顏色甚至形態(tài)，使外界難以辨認。

????然而，這一種隱身方法有著與生俱來的弱點：隱身人不可有任何動作，不能與外界有任何觸碰。即便“隱身人”真能一動不動，也只能騙過眼神不好的觀眾。如果只是沿著這個方向走下去，我們隱身的夢想還相當?shù)倪b遠。

????隱身也有科學原理

????隱身衣何以隱身？追本溯源，或許我們應該問，我們?yōu)楹文芸匆娢矬w？

????南京大學物理系祝世寧院士從事隱身衣研究多年，他在回答記者的問題時解釋說：“人之所以能看到物體，是因為光射到物體上后會被阻擋并反射到人的眼睛里?！比藗兛梢酝ㄟ^反射或散射的光“看到”物體。那么隱身衣如何隱身，便是一個光學問題。

????我們希望隱身衣達到的效果是，當光經(jīng)過需要隱身的物體時，就像該物體完全不存在一樣。那么，物體對光的作用必須消失，減少反射，還原光線的傳播方式，將物體背后的信息傳遞給觀眾。簡單地說，就是光線碰到物體能拐個彎，然后回到原來的傳播方向，那么在物體前方的人看到的就是物體背后的景象。

????自公元60年希臘數(shù)學家希羅（Hero of Alexandria）起，人類不停地探索光的傳播原理。1662年，法國數(shù)學家費馬（Pierre de Fermat）所提出的費馬定理，告訴我們光線以最短距離—直線在空間內(nèi)傳播，這個婦孺皆知、廣泛進入中小學物理課本的定理，似乎為讓光線繞著物體“拐彎”的隱身衣判定了死刑。雖然其折射定律也告訴我們在介質(zhì)中光線會彎曲，然而天然材料根本無法實現(xiàn)“隱身衣”對光線的彎曲要求。

????兩百多年后的1916年，愛因斯坦提出的廣義相對論又為隱身衣的理論帶來了另外一絲曙光。愛因斯坦認為，如果空間可以被扭曲，則空間內(nèi)兩點間最短距離則不一定為直線，于是光線可以沿著這一扭曲的路徑，繞過巨大的天體彎曲前進。電影《神奇四俠》里蘇姍隱身的方法便接近如此。吳伯澤的一部科幻小說《隱身衣》更加清晰地說明了利用廣義相對論實現(xiàn)隱身衣的構想：故事里主角發(fā)明了一種隱身衣，一通電就可以產(chǎn)生巨大的力場，實現(xiàn)廣義相對論要求的情況，讓光線繞行。

????然而這種隱身理論有很大的局限性，廣義相對論中需要質(zhì)量很大的物體，比如黑洞、太陽等龐大天體才能較大程度上彎曲光線，而且空間的扭曲不能人為控制?？v使科學巨人如愛因斯坦，也無法設計出能用以控制光線彎曲與否的奇妙開關。難以想象這種“力場”隱身衣會造成什么后果。

????那么制造大型隱身衣，甚至隱身黑洞呢？在電影《星際迷航》里，羅慕倫人可以創(chuàng)造一個神秘的空間，將龐大的星際戰(zhàn)艦隱于其中。

????但千萬別忘了，為了隱身羅慕倫人可是付出了不能使用武器的代價的。創(chuàng)造這樣一個黑洞需要的能量大得難以想象。遺憾的是，我們既沒有無窮的能量，也不可能隨身攜帶黑洞出門逛街。這種思路的隱身“衣”只停留在科幻小說、電影與人類的夢想中。

????人類也許無法扭曲空間，電磁場卻是可以被扭曲的。如同將筷子插進水中便可見其扭曲，隱身只是類似海市蜃樓般的光學幻覺。如同樹葉落入水流漩渦便不可見，隱身衣便是制造了個光線旋流，隱藏了其中的物體。

????隨著材料科學發(fā)展的日新月異，近十年來迅猛發(fā)展的超材料（metamaterial）研究幫助科學家夢想成真，這些自然界聞所未聞的人工材料，終于為隱身衣轟轟烈烈的上臺揭開了帷幕。

????如火如荼的隱身衣研究

????隱身衣愛好者也許會收藏2006年6月23日出版的《科學》(Science)雜志。來自蘇格蘭圣安得魯大學的理論物理學家里奧哈茨（Ulf Leonhardt），與倫敦帝國學院的潘德利(J.B.Pendry)教授，分別在這一期頂尖學術刊物上發(fā)表論文，闡述他們對隱身衣理論基礎的計算原理。

????英國的這兩位科學家，各自假設了電磁波如流水般在隱身材料表面流過，完全不受到隱于其中的物體的干擾，由此推導出隱身衣材料所需的光學參數(shù)。隱身衣的雛形已悄然出現(xiàn)。

????4個月后的《科學》雜志，美國杜克大學的史密斯教授小組再次發(fā)表論文，向世人宣告微波隱身材料的誕生。他們運用潘德利教授的理論，巧妙設計了符合計算結(jié)果的隱身材料。在他們的實驗中，他們采用銅金屬與玻璃纖維，創(chuàng)造了一卷甜甜圈似的圓環(huán)材料。探測器所得到的信號表示，微波經(jīng)過圓環(huán)，恍若無物地會聚到圓環(huán)的另一側(cè)，如若清泉石上流，匯聚于石巖另一側(cè)一般，不留痕跡。

????然而，這樣的設計只能針對某個波段的電磁波，效果也離羅慕倫人的隱身罩差了許多。2009年1月的《科學》雜志，史密斯教授小組的劉若鵬與其合作者再次發(fā)表文章，將隱身衣所適宜的波段大幅度增大，但依然局限于對微波段光路的改變。一切才剛剛萌芽。

????在世界上的其他地方，隱身衣的研究也如火如荼地進行。浙江大學國際電磁科學院陳紅勝等計算完美隱身衣所需的各種參數(shù)，并陸續(xù)在《物理評論快報》上發(fā)表他們的闡釋。東南大學的程強教授等與杜克大學進行合作，致力于提高隱身衣可使用的波段，并減低耗損。香港大學的科學家們則高瞻遠矚地開始研究“反隱身”技術。

????基于里奧哈茨教授的“共形映射”(Conformal mapping)理論基礎，2009年4月的《自然·材料》(Nature Material)上，加州大學伯克利分校的張翔教授以及其團隊發(fā)表了他們的最新發(fā)明，首次實現(xiàn)了隱身材料可以在接近可見光的近紅外波段工作。

????張翔教授小組制作了一個反射型“隱身衣”。他們在硅材料上鉆很多納米級長度的小孔，所制得的“隱身衣”覆蓋于物體上，可使其背后物體不對光波形成任何的散射。時隔半月，康奈爾大學的里布森(Michal Lipson)教授小組也發(fā)出了自己的論文，宣布他們采用如出一轍的辦法，所制造的隱身材料的波段更加接近于可見光。

????隱身衣已經(jīng)從幻想中走進我們的現(xiàn)實世界?？茖W家們?yōu)殡[身衣的發(fā)展而激烈競爭，使得隱身衣的發(fā)展速度令人咋舌。從超材料興起到隱身材料變?yōu)楝F(xiàn)實，不過短短10年時間。雖然已問世的隱身衣尚不能覆蓋住一根手指，也依然無法實現(xiàn)對可見光的隱身。但其對于防輻射，屏蔽手機輻射等，會有許多應用意義。

????隱身衣的變種

????就在歐美的科學家們還在為理論計算與材料制造大傷腦筋時，日本科學家田智前教授(Susumi Tachi)與其研究小組另辟蹊徑，利用視覺偽裝(Optical camouflage)技術，制造了另一種奇妙的“隱身衣”。

????這種乍看非常神奇的隱身衣，似乎已經(jīng)把哈利·波特的故事帶到了現(xiàn)實。但如果你足夠細心，便可發(fā)現(xiàn)其中破綻。事實上，這種隱身材料并不能遮擋光線，它僅僅是在衣服上涂抹了反射性材料，利用攝像機將人體身后的景象拍攝下來，連線電腦再投影到衣服上而已?？此埔约賮y真，實際謬以千里。

????這樣一個極具惡搞精神的發(fā)明其實也不簡單。在衣服上涂抹的回射材料(retro-reflective material)上，布滿了許多細小的玻璃晶須，當光線照射到回射材料上，無數(shù)的細小晶須如同棱鏡一般，將入射光以入射的方向重新折射回空氣中。人肉眼所見，則是反射回的明亮光線，幾近透明。這種回射材料并不神秘。它早已廣泛使用于交通標志、道路標志與許多夜光設施中。

????當攝像機將攝制好的圖像投影到回射材料上時，覆蓋了回射材料的衣服便相當于投影布，將材料之后的影像完全展示出來。但這樣的影像畢竟不同于周圍環(huán)境的自然光。于是，科學家們又設計了一個特殊的鏡子，使得投影的影像與環(huán)境影像緊密結(jié)合，觀察者肉眼并不容易分辨。

????這個在技術不算復雜的發(fā)明雖離我們定義的“隱身衣”相距甚遠，但它依然有其現(xiàn)實意義。比如它有助于飛行員降落飛機時看清駕駛艙地板，使醫(yī)生進行外科手術時看清人體組織下的醫(yī)療儀器等。

????隱身衣的未來

????如果完美的隱身衣終于有一天變成了現(xiàn)實，如果隱身衣已經(jīng)成為超市中隨意選擇的商品，這樣的世界將會如何？

????隱身衣也許很快就會成為為非作歹的工具。也許會成為未來戰(zhàn)爭的關鍵。也許會導致盜匪橫生，內(nèi)亂頻仍，也許會使人心惶惶，也許人們之間不再有隱私，不再有信任，也許最基本的安全感都無法保證。畢竟隱身衣無論在科幻小說或現(xiàn)實運用中，無不用于人類互相傾軋，這樣一個發(fā)明是否有反人類的嫌疑？

????也許，隱身衣發(fā)明的利弊，本就是存乎一心。如同炸藥、槍支等發(fā)明，其本身并沒有是非，對錯只在于使用它的人。如果人類的自控能力可以化解這些問題，隱身衣便可以成為人類的福祉。

????也許我們完全不必如此杞人憂天，當隱身衣飛速發(fā)展時，反隱身技術也會隨之迅猛前進，也許不需要那么復雜，在地上灑一把面粉，就可以使隱身人現(xiàn)跡。也許，完美如科幻小說的隱身衣依然十分遙遠。

????且讓我們心存希望，期盼隱身衣研究的更多進展，也期盼所有的憂慮并不成真。