隐身术,在各种影视作品中,是一个经常出现的科幻想法。无论是《葫芦兄弟》中的六娃,《神奇四侠》中的隐形女,还是“哈利·波特”系列小说中的隐身斗篷。
经典桥段常常是这样:某个博士或者疯狂科学家,在实验室中突然开发了一种特效药水,喝下去之后身体“溶解”了,变得像空气一样透明,但是衣服却没办法隐身,于是出现了帽子外套飘浮在空中的诡异场景。
隐身术在技术上真的可以实现吗?
1光线折射与图像的失真
首先从光的折射说起。我们双眼可以看到一个物体,是因为物体本身可以发光,或者反射了太阳光和LED灯等光源发出的光,无论哪种方式,最终来自物体的光线传播到了人眼并被感知,而在同一种均匀介质中,光是近似沿直线传播的,观看者会沿着视平线方向看到某一远近距离外的物体。
但如果光穿越两种不同介质,比如水和空气,情况就不再那么简单。光在空气中和水中传播速度是不同的,在空气中较快,接近于每秒30万公里,而在水中则相对较慢。
如果是一根筷子,下半段在水中,上半段暴露在空气中,从上往下看是弯曲翘起来了,从侧面看则是变成了错位的两截。
这里有一个特别的水箱,使用注射器注入或者吸走水箱对角线空间中的水,两张不同的图片可以“变脸”一样地相互切换。笑脸可以变成哭脸,哭脸可以变成笑脸,红蓝脸谱之间也可以互相变来变去。
2 制造物体隐藏效果的光学装置
回归本文的正题“隐身术”,人眼能看到的物体,很多时候在于入射的光线照到物体表面之后,产生反射光进入人眼。如果入射的光线以适当的方式被折射,经过方向改变,恰好绕过了物体所占据的空间,就会形成视觉上的隐身效果,这在光学上已经被证明是理论上可行的。
在以下这个由四片不同透镜组成的光学系统中,通过摆放位置的合理设计,会使得第四片透镜前方的观看者产生视觉盲区,能看到第一片透镜后面的背景物体,却看不到盲区里的物体。当几根手指插入到透镜之间的视觉盲区时,观看者并不会看到手指,只会看到背景的网格图。
3 负折射率材料与真正隐身术的实现
光学隐身装置虽然可以提供一定程度上的物体消失效果,但与大家心目中所期待的真正隐身衣还是有不小的差距,而近年来兴起的负折射率材料概念,点燃了隐身术的新希望。
天然材料一般折射率都是大于1的,假设水的折射率是负的,那么你会看到水中鱼的图像漂浮在水面之上的空气中。相比于这种海市蜃楼的效果,更重要的是,这种材料作为一种理想的选择,可以像衣服一样将要隐藏的物体包裹其中,实现上文所说的弯曲光线和绕过隐形物体的设想。既然自然界没有这种材料,研究者将目光投向了使用纳米技术来人工合成。
那么光学上到底有没有办法实现隐身术呢?
一方面,制造出一个光学陷阱装置,把物体摆放到视觉盲区中,通过“障眼法”让物体从眼前消失,并不是难事,并且“条条大路通罗马”,实验室中各种常见的器件都可以作为工具;
另一方面,科幻想象中那种真正意义上的隐身衣,虽然理论上可行,但不容易真正加工制造出来,负折射率材料为研究者带来了新希望,不过一时半会还难以出现在实际应用中。