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在風(fēng)靡全球的暢銷小說(shuō)《哈利•波特》中，主人公哈利•波特每次遇到緊急情況，都會(huì)披上一件“隱形斗篷”，瞬間遁形，羨煞無(wú)數(shù)讀者和觀眾，他們還將這件隱形斗篷選為“最想要擁有”的魔法寶物。最近，美國(guó)杜克大學(xué)的研究小組揭開(kāi)了一款現(xiàn)實(shí)版隱形斗篷的神秘面紗，他們利用新款隱形斗篷實(shí)現(xiàn)了物體的完美遁形――實(shí)驗(yàn)中，他們成功讓一個(gè)幾厘米的圓柱體在微波環(huán)境下實(shí)現(xiàn)隱形。這個(gè)發(fā)現(xiàn)也許會(huì)讓隱形斗篷這種原本僅存在于科幻小說(shuō)和電影中的神奇魔法，出現(xiàn)在真實(shí)世界中。 扭曲光線實(shí)現(xiàn)視覺(jué)隱形 隱形斗篷利用的是光學(xué)折射原理――人類之所以能看到形形色色的物體，是因?yàn)楣饩�投射在這些物體上，再反射映入眼睛。而隱形斗篷的材質(zhì)能擾亂光線和物體之間的折射，從而達(dá)到物體隱形的效果。 早在2008年，美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校材料科學(xué)部首席研究員和納米科學(xué)工程研究中心主任張翔就帶領(lǐng)他的研究團(tuán)隊(duì)，利用硅納米原料制造出了一種隱形斗篷。在這種隱形斗篷的覆蓋下，普通的光學(xué)檢測(cè)無(wú)法發(fā)現(xiàn)放在斗篷下的物品。 張翔的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，復(fù)合材料具備隱身功能的重點(diǎn)在于其特殊的結(jié)構(gòu)――他們用銀、鎂這些常見(jiàn)金屬的氟化物構(gòu)成網(wǎng)狀材料，再將多孔氧化鋁生成的納米銀線穿插在其中，這樣形成的復(fù)合材料會(huì)改變光線的方向。這也是天然物質(zhì)不可能具備的特性。 盡管美軍也研制了隱形戰(zhàn)機(jī)，但它表面的復(fù)合金屬只能在無(wú)線電波中隱形，并非在視覺(jué)上看不見(jiàn)，而張翔的研究團(tuán)隊(duì)研制隱身斗篷所采用的絕緣材料則是透明的，這就有可能在視覺(jué)上隱形。 2010年，英國(guó)和德國(guó)研究人員創(chuàng)造出了第一片極其微小的隱形斗篷。這個(gè)斗篷可彎曲光波，讓物體從各種角度看起來(lái)都彷佛消失不見(jiàn)。研究人員樂(lè)觀估計(jì)，較大尺寸的哈利•波特隱形斗篷，可能10年內(nèi)就能成真，這使得擁有一襲哈利•波特式隱形斗篷的夢(mèng)想不再遙不可及。 英、德兩國(guó)的研究人員用結(jié)構(gòu)如同木材堆的光子晶體制造出一種可彎曲光波的新材料。這種材料覆蓋在黃金表面的微小凸起上時(shí)，可制造讓凸起消失的視覺(jué)假象。不過(guò)這片隱形斗篷很小，僅長(zhǎng)約0.000102厘米，寬約0.000127厘米。 “這就像把一小塊物品藏在毯子下，只不過(guò)這個(gè)毯子也消失不見(jiàn)。”這項(xiàng)計(jì)劃的研究人員尼古拉斯•斯坦格說(shuō)，蓋上這塊隱形斗篷后，“我們通過(guò)鏡頭觀察并用光譜學(xué)分析，不論從哪個(gè)角度看，都看不到東西，這個(gè)凸起消失不見(jiàn)。”這項(xiàng)計(jì)劃的主持人托爾嘎•艾爾金表示，用這項(xiàng)技術(shù)使大件物體隱形，沒(méi)理由做不到。 三維隱形讓物體遁形 許多早期隱形斗篷僅能讓物體在肉眼看不到的光所屬的波長(zhǎng)范圍內(nèi)遁形，而其他類似技術(shù)也只能隱藏微小物體。2011年，美國(guó)與新加坡科學(xué)家組成的一個(gè)研究小組在隱形斗篷的研制上邁出了新的一步。由美國(guó)麻省理工學(xué)院與新加坡―麻省理工學(xué)院科研中心的科學(xué)家聯(lián)合研制的新產(chǎn)品在可見(jiàn)光下也能遁形，還可以使肉眼能看到的相對(duì)大的物體消失于無(wú)形。 這套隱形斗篷是用價(jià)格低廉、容易獲得的方解石晶體以特定配置組合而成。方解石是一種具有高度各向異性的物質(zhì)，也就是說(shuō)，利用兩塊不同的方解石，研究人員便可以將光折射到置于兩塊方解石晶體之間的固體周圍。 麻省理工學(xué)院的喬治•巴巴斯塔蒂斯參與研制了這款系統(tǒng)。他說(shuō)：“這種情況下組裝的方解石晶體之間存在楔形空隙。按照我們的構(gòu)想，無(wú)論你將什么東西放在這個(gè)空隙下面，從外面都看不到。”不過(guò)，這種隱形斗篷仍存在許多缺陷，例如，它只有在綠光下性能才最佳，這是因?yàn)榉浇馐瘍H能折射有限范圍波長(zhǎng)的光，同時(shí)人眼對(duì)綠色最為敏感。 巴巴斯塔蒂斯介紹說(shuō)，這款隱形斗篷，只有從某個(gè)方向去看被藏起的物體時(shí)，隱形效果才能奏效，從另一個(gè)方向看，這個(gè)物體則會(huì)“露出廬山真面目”，而且這套系統(tǒng)只能隱藏可以放到方解石楔形空隙下面的物體，而這個(gè)空隙只有2毫米高。因此，要想藏起更大的物體，就需要更大塊的方解石。巴巴斯塔蒂斯相信，不久之后，他的團(tuán)隊(duì)或其他研究團(tuán)隊(duì)就會(huì)研制出真正的三維隱形斗篷。 對(duì)于這套系統(tǒng)的用途，巴巴斯塔蒂斯充滿信心，他認(rèn)為至少可以先用在波士頓的交通系統(tǒng)中――“我是波士頓人，在那里，許多街道的交叉口都非常復(fù)雜，你會(huì)對(duì)紅綠燈是為哪些人開(kāi)著充滿困惑。如果采用當(dāng)前的隱形技術(shù)，你就可以令司機(jī)看不到某些燈，這樣他們就不會(huì)感到困惑。” 在熱量中隱形 目前，隱形領(lǐng)域的進(jìn)步都是基于光學(xué)的基本原理，其關(guān)鍵在于用特殊材料使光發(fā)生彎曲，從而讓光繞過(guò)某個(gè)空間傳播。有鑒于此，埃克斯―馬賽大學(xué)和法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心的聯(lián)合研究員塞巴斯蒂安•古納佑領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)決定弄清楚同樣的方法是否能用于熱擴(kuò)散。他們的研究結(jié)果證實(shí)，利用光隱形斗篷技術(shù)的很多原理，能夠研制讓物體對(duì)熱隱身或?qū)峒杏谀骋粎^(qū)域的“熱隱形斗篷”。 古納佑說(shuō)：“這項(xiàng)研究希望能采用聲波和光波領(lǐng)域已經(jīng)取得成功的隱形方法，控制熱的擴(kuò)散。”不過(guò)，盡管這項(xiàng)技術(shù)的基本原理與光學(xué)隱形斗篷類似，但還是有區(qū)別――隱形斗篷研究以改變波的軌跡為目的，包括光波和聲波等，但熱學(xué)領(lǐng)域與波領(lǐng)域的最大區(qū)別是，熱學(xué)包含的物理現(xiàn)象是擴(kuò)散而不是波的傳播。 為了制造出熱隱形斗篷，古納佑和同事將光學(xué)的物理原理應(yīng)用到熱擴(kuò)散的方程式中。他們發(fā)現(xiàn)，熱隱形斗篷技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)。在他們的方法中，熱量從溫度高的物體擴(kuò)散向溫度低的物體，通過(guò)空間任何區(qū)域的熱量大小用等溫線之間的距離表示。古納佑和同事修改了等溫線的幾何形狀，使等溫線不通過(guò)循環(huán)區(qū)域就能到達(dá)熱量擴(kuò)散的目的地。這樣，在目的地的物體就實(shí)現(xiàn)了對(duì)熱隱形。古納佑說(shuō)：“我們?cè)O(shè)計(jì)出的這個(gè)斗篷能讓某一區(qū)域?qū)犭[形，或迫使熱集中于一個(gè)小區(qū)域，接著快速加熱該區(qū)域。” 最新的熱隱形斗篷技術(shù)可以應(yīng)用于很多方面。例如，可以防止納米電子和微電子設(shè)備過(guò)熱――這是電子和半導(dǎo)體工業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)之一。大型計(jì)算機(jī)和航空航天領(lǐng)域也有望從中受益。而讓熱量集中的特點(diǎn)，可以在太陽(yáng)能工業(yè)中找到用武之地。 無(wú)論是科學(xué)家，還是哈利•波特迷，都希望擁有哈利•波特一樣的隱形斗篷。科學(xué)家們也正在試圖接近這一夢(mèng)想，不過(guò)，研發(fā)隱形斗篷面臨很多挑戰(zhàn)，目前還很難做到完全不反射光線。而且，由于現(xiàn)階段技術(shù)還不夠成熟，隱形斗篷想要用在較大的物體上，還得耐心等上幾年。（光明網(wǎng)） |
