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隐身有术

2007-03-31

少年科学 2007年2期
关键词:隐身衣斗篷光波

御 风

在风靡全球的电影《哈利·波特》中,我们能看到这样的场景,每当波特身临险境的时候,“隐身斗篷”就会发生作用,救他的性命。

随着光学和电脑科技最近的发展,隐形技术将不再是幻想。日本有一位教授研制成功一件“隐身衣”,穿着它就能实现部分隐形。美国科学家也发明了一种能隐形的“斗篷”。可以预料,在不久的未来“隐形科技”会有很大的发展,并最终影响到我们的日常生活。

“隐身衣”

4年前的2月,东京大学的工程学教授发明了一件隐身外衣。隐身衣看上去像一件闪闪发光的雨衣,它实际上是个屏幕,能显示出“隐身人”后面安装的一个摄像机拍摄的影像。猛然一看,给人的错觉就好像能把他看穿。

这件衣服外面覆盖一层回射性物质,衣服上还装有数个小型摄像仪。在设计“隐身衣”时,用回射性物质制成了微反射层,它的作用就像电影银幕。即使微反射层被卷曲折起来,它也能显示画面。

“隐身衣”的后面有一台摄影机和投影机连接在一起。投影机把人身后的物体送到“隐身衣”表面的微反射层上。由于这个过程没有时间差,边上的人就会有一种错觉,能够透过“隐身衣”看见后面的东西。

我们希望将来“隐身衣”达到实用化以后,可以用于外科手术。外科医生动手术时或许就能避免开大口子,因为他们手上戴着特殊的手套,可以把病人体内的情况投射到手套表面上。“隐身衣”的另外一个用处是,把微型“隐身衣”安装在飞机驾驶舱内。这样飞行员就不用冒险硬着陆。由于飞机下方的地形已经投影到了驾驶舱的地板上,飞行员可以轻松地估计飞机离地面的高度。

真身尽“遁”

前面那件隐身衣只能部分隐形,要实现完全隐身,就得有一件真正的隐身衣,这样,观察者从任意一个角度去看,都能清晰显示出穿着者身前、身后的景象。这就需要配置6对立体照相机,分别朝前、后、左、右、上、下方向。照相机将影像传送给排列紧密的显示器元件。这些元件将捕获来自各个方向照相机拍摄的景物信息投影到显示屏幕上。

这里还有一个白天光照问题,在太阳光下面其光照强度要比不在太阳光下强23万倍,这就要求在太阳光下隐身衣能起到隐身的效果,隐身衣上配置的显示器亮度必须达到同样的水平,甚至更优越的显示器。

反应时间也是个技术障碍,因为隐身衣显示屏刷新的频率必须要比人眼的视觉频率快,否则观察者看到的是模糊、重叠甚至抖动的背景图像。

总的来讲,一件完美的隐身衣,必须能从所有角度捕捉背景影像,并同时从多个视角显示出来。为了显示出连续的影像,隐身衣的布料上覆盖超级象素装置,在每个半球形透镜后面装一个180×180像素的显示器,这样观察者可获得32400个不同的视觉角度,应该说可以达到隐身的目的。

隐身衣的雏形已经问世,科学家距离发明完美的隐身衣只是个时间问题。未来有一天,在一件完美的隐身衣上安装许多2G赫兹的奔腾处理器,以及足够使用的锂离子电池等,并利用量子点阵就可在柔韧材料表面显示出色彩明亮、丰满的全息影像。到时候,一件真正的隐身衣就会诞生!

如何隐形

隐身衣实现隐形的方式实际上是在欺骗人们的眼睛,怎样才能够真正地做到隐形呢?

方法一:当光照射在物体上,而这物体不吸收光线,物体也就隐形了。

英国研究人员菲利普斯有自己独特的“隐形术”。他研发用一种激光来改变物质感光的模式。

正常情况下,当光在同一个物质上发生作用时,其原子只吸收一定波长的光子。然而,当菲利普斯把一束特殊的激光——“耦合激光”打到一片晶体上时,激光直接穿过晶体没有任何反射和折射,也没有被吸收。这也就是说,这片晶体实现了隐形!这是隐形科技上的一项重大的发现。

方法二:让光绕过物体。

理论上讲,可以引导光波绕过一个物体,使其好像完全没有被物体反射,从而实现隐形。而一种名为“超常介质”的材料具有这种本领。所谓“超常介质”是一种人造结构,它具有天然物质所不具备的特性。

科学家认为,要制造扭曲光波(或其他类型的电磁波)的“超常介质”,关键在于材料的结构特性。科学家已经制造出“超常介质”。这种材料的性质能被调节,当用该材料制造的隐形装置碰到光波或电磁波时,它既不产生反射也不形成影子,从而达到“隐身”效果。下面说的隐形斗篷就是用“超常介质”制造出来的。

隐形“斗篷”

最近,美国杜克大学研究人员在实验中发现,一个铜柱在微波探测前实现了隐形。科学家用微波来探测这个铜柱。就像光波或者雷达,微波在遇到物体后会发生反射,这样物体就会被发现,而且会形成一个阴影。

可是,研究人员在给铜柱“穿上”“斗篷”以后,微波就会绕过铜柱,就像铜柱根本不存在一样,这和溪水流过光滑的石头是一个道理。“隐形斗篷”针对的是辐射波的特定频段如微波,监测微波的人不能判断出微波曾经过一个物体。

“隐形斗篷”究竟是什么呢?这种新材料是由金或银的纳米线圈中嵌进棱状的类玻璃物质组合而成。这种全透明的人造混合物,组成一系列的向心圆,造成电磁波和该物质产生不同寻常的“互动”。也就是说,普通玻璃会反射一些接收到的光线的特性,而这种新材料是完全透明的。

人之所以能看到物体,是因为物体会散射照在它身上的光线,其中的一些光线发射到了人的眼睛里。因而,为了真正实现科幻,小说中的隐形,就是在可见光照射的情况下实现隐形,其实相当于把试验中的微波换成光波。“隐形斗篷”只要减少物体反射的光线,减小物体投下的阴影,这样物体就不会被发现了。现在研究人员希望在光波经过物体时也能达到同样的效果。

“隐形斗篷”要真正达到隐形的效果,还有一段很长的路要走。不过,隐形科技正飞速地发展着。

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