來源:中國科普博覽

  從秦漢方士的隱身術,到哈利波特的隱身衣,再到軍事上的隱形飛機,哪些是幻想魔術?哪些是科學前沿?人類是否能擁有變身隱身人的超能力?超能力又該如何實現?

  在SELF講壇的舞臺上,來自中科院物理所的陸凌研究員展示了現代隱身術的奇妙之處。

 陸凌 中科院物理所/北京凝聚態物理國家實驗室研究員 陸凌 中科院物理所/北京凝聚態物理國家實驗室研究員

 

  

  以下內容爲陸凌演講精編:

  做到天人合一,你就可以隱身

  從古至今,隱身一直是人類的一個夢想,中國早在秦漢時期就有對隱身術的記載。

  當時的道家方士們,他們追求長生術的同時也研究過隱身。現在看來,當時的那些方法和方式都是接近可笑的。

  但話又說回來,中國古代很多哲學思想確實是隱身的思路,第一個就是天人合一:天人合一說的是人和自然、環境的一個完美融合,如果你做到這一點你就可以隱身。

  這張圖片,是在長城上拍攝的,在畫面的中央,有一個行爲藝術家,他把自己做上人體彩繪,巧妙地和周圍的城牆、山景融合到了一起很難發現他的存在。

  第二個例子更加有意思,三四年前,四川一個派出所接到了一個電話,說家裏的兩個小孫子不見了,找了大半天也找不到,結果民警就在山腳下的一個泥池塘裏面發現了他們兩個,他們玩得正歡呢

  。因爲他身上裹着很多泥漿,還有黃土,和周圍的山景完全融爲一體了,怎麼找也找不到。所以有網友們就戲稱,這兩個小隱身人長大了肯定是特種兵的好料子。

  這位先生拿着自己的平板電腦走到了山上,巧妙地將背後攝像機拍到的畫面展示在了前面的屏幕當中,然後從這個角度看過去,似乎你就看不到他的臉了,而後面的天空的景象依然非常完整。

  中國古人云:小隱隱於山,大隱隱於市,確實是這樣。

  現在韓國正在建造一幢摩天大廈,他們稱之爲隱身大廈,它隱身的原理也跟之前提到的是一樣的,將非常多的電子顯示屏鋪滿整個大廈的外牆,所以如果你360度將背後的景象顯示在它的牆體上的時候,你就看到右邊這張圖所顯示的這樣一個隱身的效果——一幢摩天大廈在城市的正中央消失了。

  自然界的隱身大師:章魚

  當然這麼做的代價是非常高的,也非常耗電,其實大自然中就隱藏着更高超的隱身技術。

  這是一張章魚表皮的圖像,上面是成千上萬的小的色素塊,有的是黑色,有的是棕色,也有白色的底色,還有青色和黃色的效果,章魚能改變這些小色素塊大小,以至於達到在某個時候是白色的底色,或者棕色的表面顏色。

  當然它還有非常多其他的結構和顏色的變化能力,那麼它背後的物理原理呢?

  原來章魚的表皮是分非常多層的,每一層都有不同顏色的色素塊,但同樣的是它的每一個色素塊都跟周圍的肌肉組織緊密相連,所以它可以瞬間拉伸或者縮小這些色塊,而之前和之後的面積差別可以達到一百倍。

  其實不止是章魚,所有的這些頭足動物門、軟體動物,常見的比如說像魷魚、烏賊,它們都有類似的變換能力,但是從嚴格意義上講,它們都是一種僞裝術,並不是一種高級意義上的隱身,因爲你畢竟是可以看到它的,只是你無法分辨它和它所在的環境。

  利用光線的簡單隱身方法

  更高級的隱身術其實也可以用中國古人的思想來闡述,老子用“上善若水”來表達對水的敬意和讚美。

  水從它的源頭慢慢地流到你的跟前,一路上其實經過了千難萬險,因爲有岩石、有峭壁,但是它都可以非常平靜地繞過這些障礙物來到你的面前,而當你看到它的時候,你並不知道它所經歷的過程。

  那隱身術也希望做到同樣的事情——就是讓原本直線傳播的光線達到一個繞行然後繼續前行的效果,這聽起來非常的夢幻,但是它其實並沒有那麼難做到。

  藍色的幾根線代表的是四面鏡子,它們兩兩互相成直角並排放着,紅色就是光行進的路線,可以看到當觀察者在屏幕的下方的時候,你看到光是經過了四次的反射繞過了這個熊貓所在的區域,但是你卻依然能夠看到背後的景象。

  如果將剛纔的四面鏡子擴展到八面,那就可以看到在小熊貓的這塊空間已經完全被孤立起來了,這塊空間你是完全看不到的。但是這要求的是觀察者在你的左手方或者右手方,就是對兩個方向你達到了隱身的效果,那如何才能在所有的方向達到隱身呢?

  完美隱身的要求對科學家們的挑戰是非常大的。所以在原理上必須摒棄剛纔所說的,光用直線來描述這樣一個幾何光學的概念,需要充分考慮光的波動性。

  因爲從微觀的角度來說,光線都是電磁波,也就是電場在時間和空間上的一個週期的運動,在考慮了所有這些因素之後,經過了很多的努力可以實現如仿真動畫所示的效果,紅色和藍色的條紋,表示的是電磁波的波峯和波谷,所以一束波從左邊傳來,從右邊出去,但對中間這個隱身衣包圍的區域,它是完全偵查不到的,可以說是達到了完美的隱身效果。

  可惜它只對一個頻率點工作,而且在幾何尺寸上需要比隱身物體本身大很多。

  隱身飛機的新材料

  隱形飛機的基本原理是基於微波段的雷達探測,微波就是微波爐或者手機所用的波段,雷達偵查的原理是從不同的方向往空間發出電磁波。

  這時候如果來了一架民航飛機,那一定會有部分的電磁波是往原路反射的,然後會被剛纔的這個雷達探測到,就知道在多高的高空、多快的速度有一架飛機正在飛行。

  那如果現在敵方來了一架偵察機,它是一架隱形的飛機,隱形飛機的外表形狀和塗層都是經過嚴密的設計,它的反射波絕對不會沿着原路返回,它會被吸收掉一部分,然後反射的部分往其他的方向去了,所以對這一個雷達來說,它確實是隱形了。

  如果在四面八方、天上地下、山上都放上這樣的雷達,成爲一個雷達網絡,並且他們之間協同工作,那麼現在是沒有一個技術能夠讓一架飛機真正在天空中消失的,於是陸凌參與研發了一種隱身材料。

  這種由浙江大學葉德信教授負責設計的新型人造材料,可以是任意大小和形狀,可以是飛機,也可以是坦克、或者一個建築,但是無論怎樣,電磁波都會完美地穿透它繼續前行,不發生任何的改變。

  更難能可貴的一點,在實驗上它也非常容易實現,因爲它所需要的材料就兩種,一種是銅,一種是常見的塑料,當然這裏的細節的結構和連接方式都是非常仔細設計過的。

  這是完全敞開的一個設計,隱身材料不但在軍事上會有很大的潛在應用前景,其實也跟每一位的生活都息息相關。

  大家總是抱怨這裏網絡的信號不好、手機的信號不好,或者說家裏裝了一個新的無線路由器,在路由器附近上網的速度非常快,到其他房間、其他角落,信號就很弱上不了網,或者說當你一邊打着手機一邊走進電梯的時候,這個信號會斷,這些都是因爲同一個問題。

  就是我們現在用的建築的牆體,或者說鑄造這個電梯的這個金屬材料,都不是隱身材料,它都會強烈的散射、或者阻攔電磁波的傳播。

  所以可以想象,如果我們用這樣的一個複合材料做成我們的建築或者電梯的材料,那麼在我們的生活空間裏面就不需要這麼多的路由器,也不需要這麼多的信號發射塔,就能更有效更節能的通訊了。

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