隐身梦想如何实现
人类对隐身衣的念想从古至今就没彻底断绝过,英国《物理世界》杂志近日发表文章,再次论证了隐身的可能性:改变光波和声波,从而影响人的视觉和听觉,这就是隐身材料的原理。
银行监控摄像头一如往常地监视着金库。闭路电视的屏幕显示,无人靠近保险柜。
不过,突然在一个特定的时刻,被摄像头摄入的光变慢,之后,光的速度又开始变快。在这一慢和一快之间,时间出现空隙,传输到摄像头内的光质子束突然“失踪”,留出一个短暂的黑暗时刻。
就在这个光“失踪”的黑暗时刻,身着新型隐身衣的江洋大盗大摇大摆地走到保险柜旁,拿走大量的现金后,小心翼翼地关上保险柜的门,最后堂而皇之地走出了银行。
江洋大盗离开现场后,从现场传输到摄像头的光开始加速,很快跟上之前光波的速度。因为时间很短,光波先慢后快,平均速度却是一致的。因此,通过闭路电视看到的场景始终是一样的,即正常画面没有任何变化。
这是英国帝国理工学院理论物理学家马丁·麦考尔和保罗·金斯勒做出的设想。为了更好地解释这个概念,他们的同事艾尔贝多·法瓦罗做出了通俗的解释。
想象在一条繁忙的高速公路上,所有汽车均匀速前行,且汽车的流量是固定的,不会变化。此时,有一只小鸡想要穿过公路,可是公路上汽车川流不息,它怎么才能穿过去呢?
于是,有一排汽车开始慢慢减速,逐渐和前排汽车拉开距离,繁忙的公路中间出现了一道空隙。在这条天然的“人行道”上,小鸡悠闲自得地穿了过去,没有被任何车子轧到。
如果时间足够,小鸡甚至还可以在空隙中停留一会儿,跳个舞什么的。小鸡过去后,减速的汽车迅速加速,赶上了前排汽车。
在远处的旁观者看来,整个车流的平均时速未变,也没有任何一条车道上的汽车跑到另一条车道上,所以看起来交通并没有因此中断,一切都很正常,没有什么动物阻碍车流的行进。
“光的减速和加速之间,出现了时间的停顿,这时做任何事情都不会被观测到。”英国帝国理工学院理论物理学家保罗·金斯勒接受采访时道破其中的奥妙所在。
英国《物理世界》刊发文章称,人类看到什么样的世界,是由进入人眼的光波、进入人耳的声波决定的。哲学家罗素曾将其形容为“感官数据”。然而,通过科学技巧,可以令光波和声波发生变化,从而影响人的视觉和听觉,这就是隐身材料的功能。
到目前为止,大部分想像中的隐身衣都是利用空间隐身原理进行隐身的,当光投射到一个穿着由隐身材料制成的衣服的物体上,发生了特殊的反射时,物体在空间上就被隐藏了。而英国帝国理工学院的研究者们通过数学计算,证明利用特殊材料能让光速发生变化,让时间中出现一个空隙,从而实现“时间隐身”。
如同在江洋大盗的例子中所述,科学家可以创造一个光的停顿时刻,并将光速流分成“之前”和“之后”,令光波的传送先慢后快。在这个短暂时刻,江洋大盗的任何举动都不会被光波观测到。
马丁·麦考尔表示,光波的短暂变化之间,形成了一个秘密通道,就像公路远方的人看不出车流发生了什么变化,但再定睛一看,小鸡竟然从公路的一侧来到了另一侧。这就像科幻小说中描述的“瞬间转移”一样,而在这个瞬间,小鸡做了什么,没有人知道。
保罗·金斯勒表示,从技术角度而言,这种能隐藏事件的隐身衣的材料会和目前其他的隐身衣一样采用当前很火的“超级材料”,一般会涉及纳米材料,因为光穿越特定的纳米材料时,会产生复杂反应。
要造出这种隐身衣,设计者需设计出多层的超材料光学纤维服装,这种服装每一层都有特定的极小的金属元素,可以传输电子。当光粒子传过来时,分布在衣服每一层的电子可以和其发生不同的交互作用,以控制其传输速度。
此时的光学纤维,就像是一条高速公路,在里面穿梭的光粒子,就像是繁忙的汽车,因受到了纳米材料的影响,其减速再加速,于是形成了一个观测不到的黑暗时间。
金斯勒指出,江洋大盗的例子只是为了说明隐身衣的原理。目前,这种隐身衣仅处于理论研究阶段。
相关隐身材料若要从理论变为现实,可能要依靠信号处理和计算机技术的进一步发展。目前,金斯勒已展开一种电磁场“斗篷”的研究。在一台计算机或手机中,特定的数据通道可以在“斗篷”的演示下,打乱常规的计算,从而优先进行某种数据处理。但对于整个电路板来说,原先的信息处理并没有停顿。借用此技术,或许可以大大优化、加速计算机或手机等电子设备的处理能力。
哈利·波特"隐身斗篷"将变成现实
“隐身草”、“隐身衣”、“隐身药”,各种形式的隐身方式不断地出现在各类传说或文学作品中。近期,几个搞“隐形”研究的华人,让隐身衣又成为了人们聊天时的兴奋点。我们已经十分接近使人遁形的梦境,只是,我们还需弄清楚,隐身究竟是为了什么?
研究新进展:中国男孩造隐身衣
美国杜克大学及中国东南大学的科学家近日宣布,他们已经研制出了一种可以扭曲微波的隐身斗篷。该成果在2009年1月16日的顶尖期刊美国《科学》杂志刊登。
文章第一作者,该项目的负责人来自中国的“80后”刘若鹏说:“斗篷使物体隐形的能力,能发展出其他各种隐身功能。关键的技术在于复杂的特异材料的设计。”这种复杂的设计得益于刘若鹏等研究员长时间合作开发出来的特异材料快速设计系统,才使得成千上万种复杂的电磁微结构在很短的时间内全部自动设计完成。
而国际电磁科学院浙江大学分院的博士后陈红胜,曾在2007年与其导师孔金瓯院士以及美国麻省理工学院电磁波理论及应用研究中心合作,共同完成了关于隐身衣的论文———“电磁波与隐身衣的交互机理研究”。这一研究成果在国际科技界首次解释了隐身衣的物理机制,提出了对隐形效果定量分析的理论框架,学术界称,“这项成果将在隐身衣的设计中起到重要的指导作用”。
应用方向:军用民用两大方向
美国杜克大学教授戴维·史密斯是报告的第二作者,2000年史密斯领导的研究小组研制出一种网格状材料,称它可以改变光的传播路线。2003年,全球数座实验室先后确认了史密斯小组的研究结果,随后《科学》杂志将其列为当年的10大科学研究突破之一。正是这一突破自然法则的发明为隐身衣的研制奠定了基础。
美国国防部大力资助了史密斯小组的研究工作,可想而知,军事是隐身衣的重要用途之一。史密斯称,隐身材料可以用来隐藏侦察机,也可以保护进入敌军阵地的特种部队。英国伦敦大学理论物理学家约翰·彭德里爵士预期,军方可望在五年内利用这种技术来避免船舰和坦克被雷达的微波探测系统发现。其实隐身这个词早就出现在战斗机与雷达的博弈中,只是那时的人不像现在这样接近隐身衣。
史密斯小组还称,对于一些有碍观瞻的工厂,比如炼油厂、化工厂等建筑物,也可以包上一层隐身材料,保证城市整体景观的和谐,甚至科研人员还可以研发一些其他类型的隐身材料用于民用,比如用来改变地震波的方向,或者阻止放射性物质的泄漏。
隐身技术促进透镜发展
美国加州大学伯克利分校校长、美国“国家纳米科学研究中心”主任、华人科学家张翔曾表示,隐形材料还有比隐身衣重要得多、影响深远得多的用途。他自己最看重的其实并不是隐身衣,而是一个很快就能“真刀真枪”用上的领域——透镜。
负折射材料可在纳米尺度上让可见光和近红外光弯曲,假如下一步能在正常尺度上实现这一奇观,隐形效果就有望成为现实。“这样的负折射材料在透镜领域的应用将会对社会产生十分深远的影响。”张翔说。
他进一步解释说,芯片等各类精细器件的制造现在都离不开透镜的光刻技术,怎样才能把器件做小,是个很关键的问题。很多器件的研发目前似乎都没有什么重大突破,就是因为透镜的衍射极限没办法再降低。
借助负折射材料制作的透镜,研发人员就可以在极小的尺度上工作,制造出更小的电路,这将意味着芯片的存储能力、集成能力会向前大大推进。高性能计算机的纳米级集成电路、更高存储量的DVD等可能也将接踵而来。
负折射透镜也有望给生物学等科研领域带来重大变化。现有显微镜可以让科学家看到单个细胞,但细胞里面是如何运转的,却无法如此看到。有了衍射极限大大缩小的负折射透镜,科学家将有望窥探活细胞的内部,这对于研究病毒入侵细胞的机制、新药筛选等都会产生重大影响。
局限与负面:担心负面可能过早
任何一个人穿上这种衣服都可以把自己隐藏起来。这一现实让很多人忧心忡忡,美国犯罪纪实小说作家安妮·戴维斯说:“现在,我们总是提醒单身女性把车停在光线明亮的地方,取车前先看看周围有无可疑人物。但如果隐形衣真的面世的话,这些措施会变得毫无用处。就算抢劫犯或强奸犯站在你身边,你也不知道。”
针对这些担心,史密斯指出:“在隐身衣面世前,还有大量的基础科学问题有待解决,现在就担心它的负面影响有点过早。”
瞒天过海的动物隐身术
当我们绞尽脑汁研究各种隐身术的时候,一些动物已经在身体上完成了这项工程。当地衣、苔藓、树皮全都活动起来的时候,你是不是决定不再相信昆虫世界了?为了生存,昆虫可谓绞尽脑汁地研究终极隐形术,它们放弃了艳丽的色彩,放弃了优美的形态,去模拟大自然中最不起眼的物体。
弱肉强食是大自然的法则,为了生存下去,动物们“绞尽脑汁”保护自己、获取食物。最典型的就是那些挂羊头卖狗肉的拟态行为,总是轻易欺骗我们的眼睛。如此瞒天过海的本事还真值得自诩为万物之灵的人类佩服呢。
动物的拟态行为,其实就是一种隐身术,它们会把自己伪装成另外一种生物或是与周围环境很相似的物体,从而保证自己不被天敌发现。也许你以为动物是可以任人宰割的,但若是你亲眼看到它们的拟态行为,一定会马上推翻自己的观点。它们那逼真到近乎完美的“设计”,足以让你吃惊。
小叶片拟出大名堂
一说到动物们的隐身术,大家最先想到的就是枯叶蝶吧。没错,叶片在树林里实在太常见了,很容易被捕食者忽略,所以这也成了动物们最常见的一种拟态行为。
不过,伪装成树叶可不仅仅是枯叶蝶擅长做的事,在众多模拟叶片的动物中,枯叶蝶的水平实在只能算一般,很多钩蛾、尺蛾和夜蛾模拟枯叶的水平比枯叶蝶不知要好多少。这些家伙不但翅膀长成叶片的形状,而且能模拟出叶脉、叶子上的病斑,甚至连叶片上的虫蛀孔,有些蛾子都有办法模拟出来:它们要么让那里不长鳞片,变成透明的“窗户”,要么长出银色或者金色的鳞片,通过强烈的反光在那里造成镂空的效果。
不过,最神奇的还是核桃美舟蛾。这种蛾子并不罕见,在有些山区里就能见到。它的特别之处在于,只要通过不同颜色鳞粉的排列,就能使平面的前翅变成一个卷曲的枯叶。
寄人篱下的苦楚
除了隐身术,动物们还有假扮“卧底”的本领。有些动物为了混在其他动物中骗吃骗喝而不受排斥,只好忍辱负重去选择模拟自己的“宿主”。它们就像电影中警方的卧底,必须装得跟黑帮一样才能得到黑帮的信任。最有趣的例子是一种非洲的隐翅甲,这种隐翅甲生活在白蚁的巢穴里,它们腹部膨大且强烈向背面弯曲,在腹部中后部的两侧有4对像手指一样的假附肢,这使它们从背面看上去非常像白蚁,它们的假附肢则特别像白蚁的触角和3对足。以这样的形象混在白蚁中间,隐翅甲自然不怕被白蚁们发现啦。
胖丑矬的逆袭
有很多天蛾科、凤蝶科的幼虫,它们长得又肥又胖,身上又没有刺毛,是鸟儿们最爱的食物。于是这些蛾子门“开发”出了一项绝技:在胸部长出逼真的眼斑,受到惊吓时它们就会把头部缩起来,然后膨胀胸部,让自己的身体变成蛇头的形状。而且,不同种类的幼虫还会模拟出它们各自当地常见的毒蛇种类。很多凤蝶幼虫甚至还能模仿出毒蛇的舌头,散发出难闻的味道,让天敌恶心,以求自保。
团结的力量
靠单独的个体模拟还算不上什么,大家聚集在一起才好办事。有一种名叫短角蝗的幼虫聚集在一起时看上去像极了带刺的毛毛虫。还有能模仿出更美妙造型的蛾子:在新加坡,有一种拟灯蛾的幼虫,十几只聚在一起,就像一个张开了的果实,非常好看。
随心所欲的拟态
模仿能力最强的要算拟态章鱼了,它们可以说是真正参透了拟态奥秘的动物。拟态章鱼能模拟出至少十五种动物,包括海蛇、比目鱼、海蛇尾、巨蟹、海贝、水木、海葵和螳螂虾等,模仿这些动物是它们的拿手好戏。这些聪明的家伙还会根据不同的情况来选择模拟不同的动物。当它想吃螃蟹时,它就会模拟求偶的母蟹来诱惑公蟹。怎么样,够神奇吧?
相关资料
罗公远,是唐朝的著名道士,此人七八十岁了,但面容却像似十七八岁的少年,让唐玄宗惊奇不已。
据载:罗公远身怀奇技,唐玄宗曾求其施法,让自己到月亮上走一圈。一天晚上,罗公远站于后宫,将手中竹竿抛向空中,顷刻间化做一座长桥。唐玄宗登桥而行,走了大约十多里路,感到面前月光夺目,寒气侵人,抬头望见是一座宫殿,罗公远说:“此即月宫!“唐玄宗很高兴,溜进宫中,见有仙女数十人,皆着素练霓衣,舞于庭前,影姿曼妙,美丽异常。唐玄宗问其舞曲为何名,一名仙女回答:“《霓裳羽衣》也。”唐玄宗深晓音律,于是默记音调于心。及到归还时,见那桥每去一步就消失一点。
转天,他召集宫中乐工,依其音调创作出唐朝著名的《霓裳羽衣曲》。同时,玄宗还从月宫带回一种烧饼,其形如月,即是月饼的由来。
据说,掌握“隐身术”的道士如心存正念,二十年后可变化自己的形体,这在道术领域被称做“脱离”。再修炼二十年,可跻身“地仙”行列。
唐玄宗就想向罗公远学隐身术。罗公远本不想教给他,但最后被逼无奈,只得从命。于是,唐玄宗好奇地学了起来。但却怎么也不能全隐,总是会露出点什么,唐玄宗很不愉快,就责问是什么原因。罗对唐玄宗进行了一番劝讽:“陛下,您是一国之尊,不专心治理国家,却忙着学我们道家的小法术。如果您真的想全部学会,那一定怀揣玉玺走进平常人家,被困于百姓之中。”玄宗听了特生气,破口大骂。罗毕竟是当时的顶级法师,于是隐形于殿柱中,继续揭露玄宗的过失。玄宗更怒,叫人把柱子砸开,罗又跑到柱下的玉石里。玄宗又叫人劈开玉石,砸成几十块,每块上都有罗的人形……唐玄宗这时害怕了,也明白了自己不是道教中人,是无法学会隐身术的,只好向罗公远认错。罗怕唐玄宗日后报复,于是离开京城,四处云游。但唐玄宗学“隐身术”的事,却传遍全国,无形中提高了罗公远的名气。