来源:中国科普博览

  从秦汉方士的隐身术,到哈利波特的隐身衣,再到军事上的隐形飞机,哪些是幻想魔术?哪些是科学前沿?人类是否能拥有变身隐身人的超能力?超能力又该如何实现?

  在SELF讲坛的舞台上,来自中科院物理所的陆凌研究员展示了现代隐身术的奇妙之处。

中国科学家破秘隐身术!创造隐身材料让雷达无能为力-雪花新闻 陆凌 中科院物理所/北京凝聚态物理国家实验室研究员

 

  

  以下内容为陆凌演讲精编:

  做到天人合一,你就可以隐身

  从古至今,隐身一直是人类的一个梦想,中国早在秦汉时期就有对隐身术的记载。

  当时的道家方士们,他们追求长生术的同时也研究过隐身。现在看来,当时的那些方法和方式都是接近可笑的。

  但话又说回来,中国古代很多哲学思想确实是隐身的思路,第一个就是天人合一:天人合一说的是人和自然、环境的一个完美融合,如果你做到这一点你就可以隐身。

  这张图片,是在长城上拍摄的,在画面的中央,有一个行为艺术家,他把自己做上人体彩绘,巧妙地和周围的城墙、山景融合到了一起很难发现他的存在。

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  第二个例子更加有意思,三四年前,四川一个派出所接到了一个电话,说家里的两个小孙子不见了,找了大半天也找不到,结果民警就在山脚下的一个泥池塘里面发现了他们两个,他们玩得正欢呢

  。因为他身上裹着很多泥浆,还有黄土,和周围的山景完全融为一体了,怎么找也找不到。所以有网友们就戏称,这两个小隐身人长大了肯定是特种兵的好料子。

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  这位先生拿着自己的平板电脑走到了山上,巧妙地将背后摄像机拍到的画面展示在了前面的屏幕当中,然后从这个角度看过去,似乎你就看不到他的脸了,而后面的天空的景象依然非常完整。

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  中国古人云:小隐隐于山,大隐隐于市,确实是这样。

  现在韩国正在建造一幢摩天大厦,他们称之为隐身大厦,它隐身的原理也跟之前提到的是一样的,将非常多的电子显示屏铺满整个大厦的外墙,所以如果你360度将背后的景象显示在它的墙体上的时候,你就看到右边这张图所显示的这样一个隐身的效果——一幢摩天大厦在城市的正中央消失了。

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  自然界的隐身大师:章鱼

  当然这么做的代价是非常高的,也非常耗电,其实大自然中就隐藏着更高超的隐身技术。

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  这是一张章鱼表皮的图像,上面是成千上万的小的色素块,有的是黑色,有的是棕色,也有白色的底色,还有青色和黄色的效果,章鱼能改变这些小色素块大小,以至于达到在某个时候是白色的底色,或者棕色的表面颜色。

  当然它还有非常多其他的结构和颜色的变化能力,那么它背后的物理原理呢?

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  原来章鱼的表皮是分非常多层的,每一层都有不同颜色的色素块,但同样的是它的每一个色素块都跟周围的肌肉组织紧密相连,所以它可以瞬间拉伸或者缩小这些色块,而之前和之后的面积差别可以达到一百倍。

  其实不止是章鱼,所有的这些头足动物门、软体动物,常见的比如说像鱿鱼、乌贼,它们都有类似的变换能力,但是从严格意义上讲,它们都是一种伪装术,并不是一种高级意义上的隐身,因为你毕竟是可以看到它的,只是你无法分辨它和它所在的环境。


  利用光线的简单隐身方法

  更高级的隐身术其实也可以用中国古人的思想来阐述,老子用“上善若水”来表达对水的敬意和赞美。

  水从它的源头慢慢地流到你的跟前,一路上其实经过了千难万险,因为有岩石、有峭壁,但是它都可以非常平静地绕过这些障碍物来到你的面前,而当你看到它的时候,你并不知道它所经历的过程。

  那隐身术也希望做到同样的事情——就是让原本直线传播的光线达到一个绕行然后继续前行的效果,这听起来非常的梦幻,但是它其实并没有那么难做到。

  蓝色的几根线代表的是四面镜子,它们两两互相成直角并排放着,红色就是光行进的路线,可以看到当观察者在屏幕的下方的时候,你看到光是经过了四次的反射绕过了这个熊猫所在的区域,但是你却依然能够看到背后的景象。

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  如果将刚才的四面镜子扩展到八面,那就可以看到在小熊猫的这块空间已经完全被孤立起来了,这块空间你是完全看不到的。但是这要求的是观察者在你的左手方或者右手方,就是对两个方向你达到了隐身的效果,那如何才能在所有的方向达到隐身呢?

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  完美隐身的要求对科学家们的挑战是非常大的。所以在原理上必须摒弃刚才所说的,光用直线来描述这样一个几何光学的概念,需要充分考虑光的波动性。

  因为从微观的角度来说,光线都是电磁波,也就是电场在时间和空间上的一个周期的运动,在考虑了所有这些因素之后,经过了很多的努力可以实现如仿真动画所示的效果,红色和蓝色的条纹,表示的是电磁波的波峰和波谷,所以一束波从左边传来,从右边出去,但对中间这个隐身衣包围的区域,它是完全侦查不到的,可以说是达到了完美的隐身效果。

  可惜它只对一个频率点工作,而且在几何尺寸上需要比隐身物体本身大很多。

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  隐身飞机的新材料

  隐形飞机的基本原理是基于微波段的雷达探测,微波就是微波炉或者手机所用的波段,雷达侦查的原理是从不同的方向往空间发出电磁波。

  这时候如果来了一架民航飞机,那一定会有部分的电磁波是往原路反射的,然后会被刚才的这个雷达探测到,就知道在多高的高空、多快的速度有一架飞机正在飞行。

  那如果现在敌方来了一架侦察机,它是一架隐形的飞机,隐形飞机的外表形状和涂层都是经过严密的设计,它的反射波绝对不会沿着原路返回,它会被吸收掉一部分,然后反射的部分往其他的方向去了,所以对这一个雷达来说,它确实是隐形了。

  如果在四面八方、天上地下、山上都放上这样的雷达,成为一个雷达网络,并且他们之间协同工作,那么现在是没有一个技术能够让一架飞机真正在天空中消失的,于是陆凌参与研发了一种隐身材料。

  这种由浙江大学叶德信教授负责设计的新型人造材料,可以是任意大小和形状,可以是飞机,也可以是坦克、或者一个建筑,但是无论怎样,电磁波都会完美地穿透它继续前行,不发生任何的改变。

  更难能可贵的一点,在实验上它也非常容易实现,因为它所需要的材料就两种,一种是铜,一种是常见的塑料,当然这里的细节的结构和连接方式都是非常仔细设计过的。

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  这是完全敞开的一个设计,隐身材料不但在军事上会有很大的潜在应用前景,其实也跟每一位的生活都息息相关。

  大家总是抱怨这里网络的信号不好、手机的信号不好,或者说家里装了一个新的无线路由器,在路由器附近上网的速度非常快,到其他房间、其他角落,信号就很弱上不了网,或者说当你一边打着手机一边走进电梯的时候,这个信号会断,这些都是因为同一个问题。

  就是我们现在用的建筑的墙体,或者说铸造这个电梯的这个金属材料,都不是隐身材料,它都会强烈的散射、或者阻拦电磁波的传播。

  所以可以想象,如果我们用这样的一个复合材料做成我们的建筑或者电梯的材料,那么在我们的生活空间里面就不需要这么多的路由器,也不需要这么多的信号发射塔,就能更有效更节能的通讯了。