幻想照进现实 隐身衣技术取得突破进展(图)

图：荷兰艺术家德塞伊帕尔曼的隐身摄影作品，以化装、改变造型等方法将模特隐入背景颜色中

    也许在阅读幻想小说《哈利·波特》时，很多读者都曾经梦想穿越国王十字架火车站的九又四分之三站台，进入蜂蜜色的城堡霍格沃茨学院，披上属于自己的隐身斗篷，与伏地魔殊死搏斗。但是幻想小说的很多读者，并不知道有一些科学家正在研制传说中的隐身衣，虽然隐身衣至今仍然没有面世，但相关技术已经取得了突飞猛进的进展。在

    古老的隐身幻想

    遍寻古今中外，隐身的故事都伴随着创造者的奇思妙想，各种千奇百怪的隐身方法亦是异彩纷呈。古希腊就流传着珀尔修斯(Perseus)隐身手刃女妖美杜莎（Medusa）的神话。中国古代亦有孙悟空使个隐身法偷蟠桃宴的仙酒，太乙真人为哪吒手绘隐身符瞒过东海龙王等神奇故事。梦想家们可以忽略幻想与现实间的巨大落差，让想像力展翅翱翔，好在有科学家们一直埋头苦干，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。世界各地的探索者们一直都在孜孜不倦地研究各种可能的隐身方法。但许多看似异想天开的隐身故事里，似乎隐藏着缜密的科学原理。

    科幻作家威尔斯笔下的隐身药水，一直为科幻迷所津津乐道。这种奇药可使身体组织丧失颜色，变得透明,进而消失不见。虽然这个科学过程被小说家忽略了，但我们可以略微猜想，这其中一定发生了许多生化反应，人体内的蛋白质等大分子变得不再可见。

    而这一点在现代科学中仍然很难实现。蛋白质大分子对生物体的生存至为重要，而其颜色与可以吸收与散射光线的特性，与其本身的生化性质息息相关。如果人类尝试着改变自身分子的光学性能，无异于自掘坟墓。

    小说《魔戒》中，精灵女王送给哈比人的斗篷可以让他们和周围环境融为一体，实现“拟态隐身”。这种“经济有效”的方法在自然界里以保护色、拟态等形式广泛存在。田野中的变色龙，深海里的八爪鱼、比目鱼，都是个中高手，它们的身体可以跟随环境的变化而改变颜色甚至形态，使外界难以辨认。

    然而，这一种隐身方法有着与生俱来的弱点：隐身人不可有任何动作，不能与外界有任何触碰。即便“隐身人”真能一动不动，也只能骗过眼神不好的观众。如果只是沿着这个方向走下去，我们隐身的梦想还相当的遥远。

    隐身也有科学原理

    隐身衣何以隐身？追本溯源，或许我们应该问，我们为何能看见物体？

    南京大学物理系祝世宁院士从事隐身衣研究多年，他在回答记者的问题时解释说：“人之所以能看到物体，是因为光射到物体上后会被阻挡并反射到人的眼睛里。”人们可以通过反射或散射的光“看到”物体。那么隐身衣如何隐身，便是一个光学问题。

    我们希望隐身衣达到的效果是，当光经过需要隐身的物体时，就像该物体完全不存在一样。那么，物体对光的作用必须消失，减少反射，还原光线的传播方式，将物体背后的信息传递给观众。简单地说，就是光线碰到物体能拐个弯，然后回到原来的传播方向，那么在物体前方的人看到的就是物体背后的景象。

    自公元60年希腊数学家希罗（Hero of Alexandria）起，人类不停地探索光的传播原理。1662年，法国数学家费马（Pierre de Fermat）所提出的费马定理，告诉我们光线以最短距离—直线在空间内传播，这个妇孺皆知、广泛进入中小学物理课本的定理，似乎为让光线绕着物体“拐弯”的隐身衣判定了死刑。虽然其折射定律也告诉我们在介质中光线会弯曲，然而天然材料根本无法实现“隐身衣”对光线的弯曲要求。

    两百多年后的1916年，爱因斯坦提出的广义相对论又为隐身衣的理论带来了另外一丝曙光。爱因斯坦认为，如果空间可以被扭曲，则空间内两点间最短距离则不一定为直线，于是光线可以沿着这一扭曲的路径，绕过巨大的天体弯曲前进。电影《神奇四侠》里苏姗隐身的方法便接近如此。吴伯泽的一部科幻小说《隐身衣》更加清晰地说明了利用广义相对论实现隐身衣的构想：故事里主角发明了一种隐身衣，一通电就可以产生巨大的力场，实现广义相对论要求的情况，让光线绕行。

    然而这种隐身理论有很大的局限性，广义相对论中需要质量很大的物体，比如黑洞、太阳等庞大天体才能较大程度上弯曲光线，而且空间的扭曲不能人为控制。纵使科学巨人如爱因斯坦，也无法设计出能用以控制光线弯曲与否的奇妙开关。难以想象这种“力场”隐身衣会造成什么后果。

    那么制造大型隐身衣，甚至隐身黑洞呢？在电影《星际迷航》里，罗慕伦人可以创造一个神秘的空间，将庞大的星际战舰隐于其中。

    但千万别忘了，为了隐身罗慕伦人可是付出了不能使用武器的代价的。创造这样一个黑洞需要的能量大得难以想象。遗憾的是，我们既没有无穷的能量，也不可能随身携带黑洞出门逛街。这种思路的隐身“衣”只停留在科幻小说、电影与人类的梦想中。

    人类也许无法扭曲空间，电磁场却是可以被扭曲的。如同将筷子插进水中便可见其扭曲，隐身只是类似海市蜃楼般的光学幻觉。如同树叶落入水流漩涡便不可见，隐身衣便是制造了个光线旋流，隐藏了其中的物体。

    随着材料科学发展的日新月异，近十年来迅猛发展的超材料（metamaterial）研究帮助科学家梦想成真，这些自然界闻所未闻的人工材料，终于为隐身衣轰轰烈烈的上台揭开了帷幕。

    如火如荼的隐身衣研究

    隐身衣爱好者也许会收藏2006年6月23日出版的《科学》(Science)杂志。来自苏格兰圣安得鲁大学的理论物理学家里奥哈茨（Ulf Leonhardt），与伦敦帝国学院的潘德利(J.B.Pendry)教授，分别在这一期顶尖学术刊物上发表论文，阐述他们对隐身衣理论基础的计算原理。

    英国的这两位科学家，各自假设了电磁波如流水般在隐身材料表面流过，完全不受到隐于其中的物体的干扰，由此推导出隐身衣材料所需的光学参数。隐身衣的雏形已悄然出现。

    4个月后的《科学》杂志，美国杜克大学的史密斯教授小组再次发表论文，向世人宣告微波隐身材料的诞生。他们运用潘德利教授的理论，巧妙设计了符合计算结果的隐身材料。在他们的实验中，他们采用铜金属与玻璃纤维，创造了一卷甜甜圈似的圆环材料。探测器所得到的信号表示，微波经过圆环，恍若无物地会聚到圆环的另一侧，如若清泉石上流，汇聚于石岩另一侧一般，不留痕迹。

    然而，这样的设计只能针对某个波段的电磁波，效果也离罗慕伦人的隐身罩差了许多。2009年1月的《科学》杂志，史密斯教授小组的刘若鹏与其合作者再次发表文章，将隐身衣所适宜的波段大幅度增大，但依然局限于对微波段光路的改变。一切才刚刚萌芽。

    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。

    基于里奥哈茨教授的“共形映射”(Conformal mapping)理论基础，2009年4月的《自然·材料》(Nature Material)上，加州大学伯克利分校的张翔教授以及其团队发表了他们的最新发明，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。

    张翔教授小组制作了一个反射型“隐身衣”。他们在硅材料上钻很多纳米级长度的小孔，所制得的“隐身衣”覆盖于物体上，可使其背后物体不对光波形成任何的散射。时隔半月，康奈尔大学的里布森(Michal Lipson)教授小组也发出了自己的论文，宣布他们采用如出一辙的办法，所制造的隐身材料的波段更加接近于可见光。

    隐身衣已经从幻想中走进我们的现实世界。科学家们为隐身衣的发展而激烈竞争，使得隐身衣的发展速度令人咋舌。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，也依然无法实现对可见光的隐身。但其对于防辐射，屏蔽手机辐射等，会有许多应用意义。

    隐身衣的变种

    就在欧美的科学家们还在为理论计算与材料制造大伤脑筋时，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”。

    这种乍看非常神奇的隐身衣，似乎已经把哈利·波特的故事带到了现实。但如果你足够细心，便可发现其中破绽。事实上，这种隐身材料并不能遮挡光线，它仅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，连线电脑再投影到衣服上而已。看似以假乱真，实际谬以千里。

    这样一个极具恶搞精神的发明其实也不简单。在衣服上涂抹的回射材料(retro-reflective material)上，布满了许多细小的玻璃晶须，当光线照射到回射材料上，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、道路标志与许多夜光设施中。

    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。比如它有助于飞行员降落飞机时看清驾驶舱地板，使医生进行外科手术时看清人体组织下的医疗仪器等。

    隐身衣的未来

    如果完美的隐身衣终于有一天变成了现实，如果隐身衣已经成为超市中随意选择的商品，这样的世界将会如何？

    隐身衣也许很快就会成为为非作歹的工具。也许会成为未来战争的关键。也许会导致盗匪横生，内乱频仍，也许会使人心惶惶，也许人们之间不再有隐私，不再有信任，也许最基本的安全感都无法保证。毕竟隐身衣无论在科幻小说或现实运用中，无不用于人类互相倾轧，这样一个发明是否有反人类的嫌疑？

    也许，隐身衣发明的利弊，本就是存乎一心。如同炸药、枪支等发明，其本身并没有是非，对错只在于使用它的人。如果人类的自控能力可以化解这些问题，隐身衣便可以成为人类的福祉。

    也许我们完全不必如此杞人忧天，当隐身衣飞速发展时，反隐身技术也会随之迅猛前进，也许不需要那么复杂，在地上洒一把面粉，就可以使隐身人现迹。也许，完美如科幻小说的隐身衣依然十分遥远。

    且让我们心存希望，期盼隐身衣研究的更多进展，也期盼所有的忧虑并不成真。