隐身衣：接近现实的神话

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隐身衣：接近现实的神话文/华琪
前不久，一家加拿大公司宣称他们已经成功研制“隐身衣”。该公司主席克拉默表示，这块“隐形布”不需要电源，没有使用镜头或镜子，可以折叠起来放到口袋，使用的时候拿出来披上就立刻生效。不但能通过折射周围光线隐形，还可以逃过红外线和热力感应设备的追踪。



《时代周刊》2008 年末发布的最佳发明榜单里，有一项是“隐身斗篷”。当年的杂志是这样描述的：“加州伯克利大学实验室的科学家们宣布他们发明了一种隐身斗篷。那不是什么大脑的幻象，而是精密的物理光学实验。他们用银、镁这些常见金属的氟化物构成网状材料，再将多孔氧化铝生成的纳米银线穿插其中，制造出一张只有纸片 1/10 厚的板，用这种材料包裹东西，光会绕过它，看起来就和不存在一样。虽然这斗篷目前还非常非常脆弱，只有在苛刻的实验室条件下才能发挥作用，但我们生活在一个隐身是可能的世界里，这仍然是件好事，不是吗？”
四年过去，在即将结束的 2012 年，一家位于枫树岭的加拿大公司宣称他们已经成功研制“隐身衣”。在官网贴出的“模拟效果图”里，一个站在灌木树丛前的女人只有上半身，被“隐形布”遮住的下半身和身后的灌木丛几乎融为一体，只有布的边缘依稀可辨。不过，该公司以保密为由拒绝透露“隐身衣”的制作原理。
该公司主席克拉默（Guy Cramer）表示，这块“隐形布”不需要电源，没有使用镜头或镜子，可以折叠起来放到口袋，使用的时候拿出来披上就立刻生效。不但能通过折射周围光线隐形，还可以逃过红外线和热力感应设备的追踪，甚至连影子都最多只存留 5%。他们正在与美国和加拿大军方商谈，希望能将这种材料引入军队。
如果“隐形布”的效果真如他们贴出的效果图那样神奇，那么，古希腊神话里珀尔修斯隐身手刃女妖美杜莎的神话或许会在未来战争里上演。

如何隐形
为了能隐形，人们在想象中发明了种种办法：威尔斯笔下的隐身药水，可使身体组织丧失颜色，变得透明进而消失不见，哈利·波特披上隐身斗篷，就能在霍格沃兹城堡里来去自如。在理性现实中，人们首先将目光投向动物界的拟态高手们，发明了迷彩服：让士兵穿上和环境颜色相似的衣服以躲过敌军的侦察，就好像章鱼伪装成海底沙砾，枯叶蝶化身为树叶一样。东京大学的田智前教授曾经依靠 6 台 1160 万像素的摄像机展示过一款“隐身衣”：衣服后面的场景被这些摄像机拍摄下来，随后经过一台性能极强的计算机的处理，然后再投射到由一个非常明亮的电子显示器制成的衣料上。
但制作真正的隐形斗篷并不容易，直到人们发现光的负折射率后，这一技术才开始从想象中走进实验室。要隐形就得想办法控制光，人们用眼睛看东西，看到的实际是从物体表面反射的光波。如果有一样东西反射的光线根本不能到达你的眼睛，你就不会看到它。如果有一种材料能按照人们的要求平滑地弯曲光线，让人们看到它后面物体的光束，那它和它里面包裹的东西就相当于“隐形”了。
物质让光改变路径，这并不稀奇，透镜就是个简单的例子。但自然界的折射率为正，现在的透镜只要是用自然材料制成的，都面临物理上的衍射极限；换句话说，人们是没办法让光线拐弯的，要让光线拐弯，这一种材料的折射率必须为负。这样的材料在自然界几乎不存在，只有通过纳米技术，改变物质的原子和分子结构才能实现，人们称之为“超材料”。加州大学伯克利分校负责“超材料”研究的华人教授张翔，曾经这样向媒体描述“隐身衣”的工作机理：“这种材料要使物体周围的光波实现完全弯曲，好像河水流过岩石一样。”
2006 年 6 月 23 日出版的《科学》杂志上，苏格兰圣安德鲁斯大学的理论物理学家奥哈茨和伦敦帝国学院的潘德利，分别发表了各自的研究，阐述了类似的“隐身衣”理论基础的计算原理。
不久后，实验物理学界忽然热闹起来，世界各地的实验室像比赛一样在研究“隐身衣”。
当年，美国杜克大学史密斯教授领导的研究小组就在《科学》杂志发表论文，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，采用铜金属与玻璃纤维，创造了一卷甜甜圈似的圆环材料，这种超材料能让微波拐弯。2008 年，美国印第安纳普渡大学的沙拉耶夫造出一种“超材料”，依靠微观粒子的有序阵列，将光的折射和扭曲减少到几乎为零，使得围绕“隐身衣”的光线发生弯曲，他在《科学》上发表文章详细叙述了实现方式。
2009 年 1 月的《科学》杂志，史密斯教授领导的研究小组的成员刘若鹏再次发表文章，将“隐身衣”所适宜的波段大幅度增大，但对可见光仍然无效。同年4月，加州大学伯克利分校的张翔教授及其团队宣布，他们的发明首次实现了隐形材料可以在接近可见光的近红外波段工作。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，康奈尔大学的另外一支研究团队宣布，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。今年 11 月，杜克大学的实验室发布了最新方案，称他们在 2006 年的基础上改进了装置，能在微波下让圆柱物体完美隐形。
至此，人们已经可以娴熟地做到微波隐形，以及在接近可见光的近红外波段实现隐形。但这还不能说是真正的“隐身衣”，如果能实现在可见光和正常尺度下三维隐形，“隐身衣”才称得上真正诞生了。

隐身衣和通讯
2012 年夏天，一家名为Kymeta的卫星宽带服务公司获得包括比尔·盖茨、风险投资公司 Lux Capital 和宽带服务提供商 Liberty Golobal 等人和机构的 1200 万美元投资。或许这看起来和“隐身衣”没多大关系，但仔细看看这个公司，你就会发现这家公司和“隐身衣”大有关连。
这家公司的创始人纳桑·昆兹（Nathan Kundtz）曾经在杜克大学念书，是研究“隐身衣”的史密斯教授的学生。当初他在史密斯教授的实验室中接触了“超材料”，主要工作是分析超材料对微波隐身的特性。
Kymeta 的首个产品是一款名为mTenna的平板卫星设备。和传统的卫星天线设备不同，它是一款由人造材料制成的平板，能增强信号，同时十分便携。它能够向远距离卫星发出射频信号，提供比传统卫星天线速度快 3-4 倍的稳定宽带连接。即使在移动交通工具中，mTenna 也能保证有信号。昆兹希望这款革命性的产品能在卫星和移动交通工具之间建立起更加便捷的宽带连接。
这家公司的幕后推手是高智发明（Intellectual Ventures），全美最大的专利授权和研究公司，Kymeta 是他们从项目中孵化的第二个公司，昆兹希望能在 2015 年发布第一款商用产品。
当年杜克大学超材料实验室的另一位成员刘若鹏则回到中国，创办了光启研究所，进行“超材料”产业化。他们研究出一款超材料超薄平板卫星天线产品，来取代传统的卫星天线。同时，他们还提出了基于超材料的无线互联解决方案，能够彻底解决地铁因为 3G 信号干扰而影响行驶的问题，已经有不少地铁运营商对此表示兴趣。此外，他们也在做“隐身衣”的研究。


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