许多人都看过《隐形人》这部电影,片中男主有一身特殊的隐身衣,可以帮他在无法察觉的情况下实施对女主的报复计划。虽没有鬼怪邪祟,却能让观众惊出一身冷汗。我国经典动画片《葫芦兄弟》中的人物之一“六娃”,也会使用隐身术的本领,他只需摇身一变,就能神不知鬼不觉地潜入妖怪的洞府,让我们在童年感受到了隐身带来的乐趣。
所谓隐身,通常来讲就是不被他人用肉眼看到的一种存在状态,这一能力是人类长久以来的梦想。
其实在自然界中,已经有生物掌握了“隐身”的能力。比如,海底许多生物都是伪装高手,它们是模拟周围环境色彩的大师,还可以通过改变皮肤的纹理、用海草、礁石装饰身体等手段,帮自己更好地融入环境来躲避危险。
这种“你明明看得到我,却认不出我”的伪装策略,给了人类一种启示,我们可以运用仿生学的原理,做出类似的皮肤或者服装。于是这被运用到了军事侦察、影视拍摄等领域,就像是许多人在玩“吃鸡”游戏时,梦寐以求获得的“吉利服”。一旦穿上这件衣服趴在草地里,就很难被敌人发现了。
不过,这一伪装方法显然无法满足人类对真正的“隐身”的要求。
人类之所以会看到各种各样的物体,是因为光线照射在物体上时,光被阻挡、被吸收并反射到人的眼睛里。按照这一原理,假如物体不吸收光也不反射光,是不是就能隐形了呢?然而,目前人类所能接触的物体中还没有能完全做到的,只是反射光的程度不同而已。
那么用什么办法可以实现光与物体互动的隐身呢?
在生活中,细心的人也许会发现,假如用玻璃棒搅拌食用油或甘油等物质,玻璃棒浸入油中的部分就看不见了。这是因为玻璃棒与油的折射率十分接近,光线穿过玻璃和油的速度是相近的,而玻璃和油都是透明状物质,人眼很难察觉到边界的变化,从而感觉玻璃棒好像消失了一样。
来自中国科学院的专家,还做过利用光学让物体隐形的实验。
实验一:我们可以看到这套装置中,有4个透镜组,在最后方的是被观测物体。如果将手依次放在滤镜之间的空间,会发现当放到第三个透镜与第四个透镜之间时,手神奇般的“消失”了,就仿佛光线从指缝中溜走了一样。这是一种光的透射原理,当物体进入特定范围时,就会产生这样的现象。
实验二:两个分别用透明袋子装起的钥匙,其中一个钥匙与袋子之间存在空隙和空气,另一个则用胶牢牢黏住。将袋子放入水中后会发现,有空隙的实验对象浸入水中的部分成功“隐身”,另一个则不然。这是因为,光线在水和空气间的界面中全部反射了出去,产生了一种全反射的效果。而用胶黏住的钥匙,折射率与反射率没有任何改变。
电影《隐形人》中的角色,就是通过改变隐身衣自身的折射率,将自己隐匿在了周围环境中。那么现实中,我们真的可以穿上这样的隐身衣吗?
英国科学家菲利普斯,曾利用激光改变了原子吸收光线的能力,激光照射后的原子可以实现短暂的消失。然而,目前他的研究只能让微小的纳米结构消失,且都是相同原子的特殊晶体,也就是只能用一种频率的光使其消失。这放到人体这样复杂结构上,难度将增大许多倍。那么,假设将多种频率的激光放到一起,做一种类似于“隐形手电”这样的装置呢?只能说是“太年轻啦”,这些光一起照射到人身上,或许真的可以隐形,但人一定会随之失明。因为当光线穿过眼球照射到视网膜上时,隐形手电上的激光同样也会束缚住环绕眼球原子的电子,让它们同样不能吸收光线。这种失去视力的隐身,显然也不是我们想要的。
真正的隐身,是希望当物体被光照射时,它不仅消除了自身的反射光线,并且还原了原本没有它时的正常光线。这就好比在光的运行中插入了一根柱子,但光没有被柱子阻挡,反而是绕了过去继续前行。
但我们可以任意弯折光线、让光绕行吗?一直以来,我们从教科书中学到的原理,都告诉我们光在真空中是沿直线传播的。只有光通过了不同的材质时,传输的方向会发生改变,不过这与光沿直线传播的理论并不相悖。
于是,科学家研究出了一种奇妙的“超材料”,它的折射率超过自然界任何一种物体。如果它能弯曲物体周围的微波,那应该也能够弯曲物理上的光线。然而如果想要在可见光的波长下,使用这个材料调整到合适的波长大小,也将难度重重。从理论上看,假如真的实现将这种材料制作成隐身衣,效果一定会很好。不过,可见光由不同的电磁波组成,并不是单一的频率和波长,在人类看来就是不同的颜色。人的眼睛至少能感受到三种颜色,而一层超材料只能阻挡一种颜色的光线,因此这个服装一定要至少三层。即使是这些都做到了,刚才咱们提到的一个硬伤仍然存在——穿上这个材料,人也会随之失明。
于是科学家们继续假设,如果制作一个类似于分光镜的眼镜,引导眼睛吸收一小部分光线,也许可以克服这一困难。这样的话,从外界看起来,可能仅仅能看到眼球模糊的轮廓,这种理想状态下的隐身衣便实现了。
2020年3月24日,光学领域顶尖期刊报道了我国科学家的一项最新研究,是在国际上率先实现基于深度学习的新一代智能隐身器件。它可以在不依赖任何人为操控的情况下,快速地动态适应变化的背景环境,从而与周围环境融为一体,实现自适应隐身。在微波段,智能隐身成果融合了新型电子材料和人工智能等领域,是科学领域的新突破。
人类在这些研究中不断学习、突破,隐身的愿望也许在不久的将来就能够实现。隐身材料不但在科技和军事领域有许多运用前景,也与我们每个人的生活息息相关。
假如你可以隐身,你会如何利用这个“超能力”呢?
参考资料:
《科幻地带》、《人与自然》、《解码科技史》
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