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日本科学家造出隐身衣 盖住的身体竟恍若无物 |
| www.sinoca.com 2009-12-26 21世纪经济报道 [复制链接] 字体：大 中 小 |
21世纪经济报道12月26日报道 哈里・波特的隐身斗篷曾使人浮想联翩。很难想象，存在于幻想天地里的隐身衣，有朝一日能现身于真实世界里。
梦想家们可以忽略幻想与现实间的巨大落差，让想象力展翅翱翔，而科学家们却一直埋头苦干，试图填补这一沟壑，在现实世界里为人们的美梦找到坚实的基础。一直以来，世界各地的探索者们孜孜不倦地研究各种可能的隐身方法。
看似异想天开的隐身故事里，隐藏着缜密的科学原理。
为隐身衣“缫丝纺布”
但凡服饰都离不开设计二字，隐身衣自然也不例外。唯一不同的是，它需要设计的不是如何吸引眼球，而是如何规避光线。
穿上隐身衣让别人看不见的原理，其实就是和光线捉迷藏。隐身衣的理想效果是，当光通过需要隐身的物体时，该物体就该像完全不存在一样。不但要减少散射，还要改变光路方向，将物体背后的信息传递给看它的人。
发端于17世纪的费马定理，就在初中物理课本里告诉我们，光以直线在空间内传播，这似乎早早为隐身衣判定了死刑。但好在后来站在巨人肩膀上的爱因斯坦提出的广义相对论，又为隐身衣带来了一丝曙光。
爱因斯坦认为，如果空间可以被扭曲，则空间内两点间的最短距离则不一定为直线，光线可以沿着扭曲的路径，绕过巨大的天体弯曲前进。但遗憾的是，即使连爱因斯坦都无法设计出能用来控制光线弯曲与否的奇妙开关。
人类目前无法扭曲空间，但可以尝试扭曲电磁场。在2006年6月的《科学》杂志上，伦敦帝国学院的J.B潘德利与美国杜克大学的戴维・史密斯教授的小组联合发表论文，阐述了隐身衣的设计理念。他们计算出隐身衣材料在各点的介电常数与磁导率，使得电磁波在隐身材料表面如流水般淌过，隐于其中的物体完全没有得到电磁波的干扰。
在这两位非著名服装设计师的指导下，隐身衣的设计思路已跃然纸上。有了设计方向后，量体裁衣的速度就快多了。近年来科学家们研发各种新型材料的工作进展迅速。一系列自然界闻所未闻的超材料相继问世，为隐身衣的出现准备好了种种“衣料”。
2007年初，史密斯教授在《科学》杂志著文，向世人宣告微波隐身材料的诞生。他的研究小组将铜金属与玻璃纤维巧妙设计成一卷甜甜圈似的圆环般的微观形状，在实验效果中，微波漫过圆环损失很小。虽然当初这样的设计只能针对某个波段的电磁波，但之后，史密斯教授小组的刘若鹏再次发表文章，大幅度扩展了隐身材料所适宜的微波段光路。
在世界上的其他地方，隐身衣的研究也如火如荼地进行。浙江大学国际电磁科学院陈红胜等计算完美隐身衣所需的各种参数，并陆续在《物理评论快报》上发表他们的阐释。东南大学的程强教授等与杜克大学进行合作，致力于提高隐身衣可使用的波段，并减低耗损。香港大学的科学家们则高瞻远瞩地开始研究“反隐身” 技术。
时至今日，在隐身材料的研究上，科学家们依然如同争夺魁地奇那样展开激烈的竞争。今年4月，美国加州大学伯克利分校的张翔教授及其团队首次实现了隐身材料可以在接近可见光的近红外波段工作。他们通过在硅材料上钻无数纳米级的小孔，使光波射向材料表面后，可以如同照射在镜面上那样完全反射回来。覆盖在隐身材料背后的物体不对光波形成任何的散射，如同覆盖于地毯下完全不为人所见。
康奈尔大学的米歇尔・里布森教授小组随后也发表了自己的论文，宣布他们所制造的隐身材料的波段更加接近于可见光。他们在硅材料上制造无数突起，使光线从小突起上完全反射，不受硅材料下的被覆盖物的干扰。
日本教授退而求其次
不管是张翔教授还是里布森教授裁剪出的“隐身衣料”，目前都还只能用于遮盖极其微小的物体。但即使如此，隐身衣已经逐渐从科幻小说中走了出来。科学家们孜孜不倦，试图将魔法在实验室里完美再现。从超材料兴起到隐身材料变为现实，不过短短10年时间。
虽然已问世的隐身衣尚不能覆盖住一根手指，然而，北卡大学的理论物理学家古博尔Greg Gbur在接受《科学》杂志采访时预计，微波段的隐身设备将在五年内诞生。而苏格兰的潘德利教授则表示，现有的隐身技术对于防辐射、屏蔽手机辐射等，已有许多应用意义。例如，未来我们可以把对电磁场敏感的电子产品置于易产生电磁共鸣的机器中，而不影响电子产品的使用。
然而，梦想中的隐身衣依然遥远。即使哈里波特的隐身衣问世，他也依然无法如同电影中一般，在伏地魔眼皮底下穿梭。当置于隐身衣下，虽然外人看不见你，由于光线绕开了你的眼睛，你也不可能看清周围的事物。理想的隐身衣暂时只存在于霍格威茨学院里。
当其他科学家尚为理论计算与材料参数伤脑筋时，日本科学家田智前教授（Susumi Tachi）与其研究小组另辟蹊径，利用视觉伪装（Optical camouflage）技术，制造了另一种奇妙的“隐身衣”，似乎将神话带进了现实。
在Youtube上可以很容易找到这种隐身衣的展示。穿着隐身衣的年轻人在街上行走，被衣服遮盖住的身体恍若无物，人们可以清楚看见其身后的树木与汽车。涂抹了隐身材料的球无论如何运动，其背后的事物都可以被一眼看穿，仿佛此球并不存在。
隐不去自身，那就隐去世界
这种乍看非常神奇的隐身衣，似乎已把哈利・波特的故事带到了现实。其实，这种隐身材料并不能遮挡光线，它仅是在衣服上涂抹了反射性材料，利用摄像机将人体身后的景象拍摄下来，联线电脑再投影到衣服上而已。
然而要以假乱真并不简单。如何将我们常见的投影图像变成三维立体影像，并让人难以分辨影像与现实的区别？田教授的秘诀是，将一种回射材料（retro-reflective material）涂抹于衣服上。
这种回射材料上布满了许多细小的玻璃晶须，当光线照射进回射材料上，无数的细小晶须如同棱镜一般，将入射光以入射的方向重新折射回空气中。人肉眼所见，则是反射回的明亮光线，几近透明。这种回射材料并不神秘。它早已广泛使用于交通标志、道路标识与许多夜光设施中。
当摄像机将摄制好的图像投影到回射材料上时，覆盖了回射材料的衣服便相当于投影布，将材料之后的影像完全展示出来。但这样的影像毕竟不同于周围环境的自然光。于是，科学家们又设计了一个特殊的镜子，使得投影的影像与环境影像紧密结合，观察者肉眼并不容易分辨。
这个在技术上不算复杂的发明虽离我们定义的“隐身衣”相距甚远，但它依然有其现实意义。有趣的是，由于这项技术可以帮助我们透视遮挡物体的背后，它更方便帮助我们“看见”物体。
在航天行业里，视觉伪装技术有助于飞行员在飞行结束后将飞机降落。如果将陆地状况投影于机舱内部地板，飞行员便如同生了双“透视眼”，可以通过机舱地板透视到跑道与机轮等的情形，进行方位识别，增加登陆的安全系数。
玩家们最期待的也许是，视觉伪装技术与增强现实（Augmented reality）相结合，用于开发新型电子游戏。这种“随境游戏”（Pervasive game）现已成真。它可以将虚拟的游戏场景与现实世界重叠，使游戏者如身临其境。无论是繁华的闹市街头，抑或是荒凉的山野，天涯海角都可任君遨游。现实与虚拟的界限已模糊，隐不去自身，那就隐去现实世界。
一如当年迷茫的哈利・波特刚刚进入霍格沃茨学院，开始他的魔幻人生，也许不远的将来，科学家们就能走出实验室，向全世界宣布，隐身衣不只存在于霍格沃茨学院，“麻瓜”们发明的隐身材料，将用于更为广泛的领域中。加拿大华人网 http://www.sinoca.com/
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