事實(shí)上,普通的材料無論如何看似光滑,對(duì)于微粒子來說都好像雨點(diǎn)打在鳥巢體育場(chǎng)那樣大的粗糙核桃殼上一樣,總是會(huì)向各個(gè)角度產(chǎn)生反射.只有把結(jié)構(gòu)做到比光子還要小,才有可能做出足以讓光線如同激流經(jīng)過鵝卵石一般的流線體.沙拉耶夫正是這樣完成了他的隱身衣的材料.隨后,他依靠一排從中心點(diǎn)開始像一個(gè)圓形的梳子沿輪輻方向向外輻射的微型針,將光的折射和扭曲減少到幾乎為零,使得圍繞著隱身衣的光線發(fā)生彎曲,致使人們看不見斗篷.
2008 年10 月,沙拉耶夫在美國(guó)《科學(xué)》雜志上把隱身衣的秘密公諸于世,同時(shí)向人們宣布:"只有超材料才能織就隱身衣." 然而他志得意滿之際似乎忽略了一個(gè)事實(shí):當(dāng)隱身衣把他遮得嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)的時(shí)候,他也成為一只被縫在布袋里的小白鼠.別人看不見他,而他也什么都看不見.除非他挖兩個(gè)洞露出眼睛,但是兩顆懸在空中眨巴眨巴的大眼睛也足夠把觀眾們驚倒了.現(xiàn)在,必須再給隱身衣設(shè)計(jì)一副配套的墨鏡,才能做到完全隱身.
如果說,讓人看不到墨鏡的里面就好比隱形技術(shù);那么,讓戴墨鏡的人能清楚地看到外面則可以稱為反隱形技術(shù).沙拉耶夫所沒有解決的反隱形技術(shù)其實(shí)早已開始被其他科學(xué)家關(guān)注.
2007 年11 月,上海交大的陳煥陽博士在美國(guó)《應(yīng)用物理快報(bào)》上公布了他對(duì)抗隱形技術(shù)的研究結(jié)構(gòu).他和同事們?cè)O(shè)計(jì)出一種光學(xué)屬性與那些隱形斗篷完美匹配的材料:"用術(shù)語來說,就是一種各向異性負(fù)折射率材料,它的阻抗與隱形斗篷的正折射率相匹配." 事實(shí)上,它的原理有點(diǎn)像是給手槍裝上消音器:用相同頻率的聲波的波峰來填補(bǔ)所發(fā)出的聲音的波谷,較終完全抵消空氣振動(dòng).其實(shí),沙拉耶夫只要將這樣的反隱形材料貼在隱身衣上,就可以讓一些光線按照指定的路徑滲透進(jìn)來,從而部分抵消隱身衣的效應(yīng).
陳煥陽和同事們研究的反隱形技術(shù)在隱身衣內(nèi)產(chǎn)生了破壞隱身性能的效果,這已經(jīng)初步解決了隱身衣內(nèi)外之間無法通訊的問題.事實(shí)上,陳煥陽也同時(shí)在進(jìn)行著隱形技術(shù)的研究,只不過不是為了做衣服.在他的設(shè)想中,可以利用隱形技術(shù)做出一道隱藏之門的設(shè)計(jì):用隱形技術(shù)制作的材料置于大門的中間,就能讓門看上去像是和周圍的墻一樣;而在門內(nèi)的人則能夠通過反隱形技術(shù)觀察到外面的人的一舉一動(dòng).這項(xiàng)技術(shù)也許將被開發(fā)于軍事領(lǐng)域,難怪美國(guó)前駐華武官在美《防務(wù)新聞》網(wǎng)站上援引此例驚呼未來中國(guó)將對(duì)美國(guó)的隱形武器構(gòu)成巨大威脅.
超材料的隱形把戲
弗拉吉米爾?沙拉耶夫(造出了隱身衣.他不會(huì)魔術(shù),也不懂魔法,身為美國(guó)印地安那州普渡大學(xué)的材料學(xué)專家,他通曉材料反射光線的秘密:"假如一樣?xùn)|西反射的光線根本沒有到達(dá)你的眼睛會(huì)怎樣?就跟你背對(duì)著它一樣吧."但是我們都知道怎樣看見背對(duì)著的東西——只要有一面鏡子幫助光線反射到我們的眼睛就成."不過,即使你面對(duì)隱身斗篷,你還是看不見它.不僅如此,你會(huì)看到本應(yīng)被它阻擋的東西.因?yàn)橹灰獩]有光從它上面反射到你的眼睛,你就看不到它."
在沙拉耶夫之前,也是有一些"隱身衣"的.東京大學(xué)的田智前教授曾經(jīng)依靠6 臺(tái)1160 萬像素的攝像機(jī)展示過一款"隱身衣":衣服后面的場(chǎng)景被這些攝像機(jī)拍攝下來,隨后經(jīng)過一臺(tái)性能極強(qiáng)的計(jì)算機(jī)的處理,然后再投射到由一個(gè)非常明亮的電子顯示器制成的衣料上.而俄羅斯烏里揚(yáng)諾夫斯克州立大學(xué)的奧萊格?加多姆斯基教授則是依靠黃金膠體粒子吸收了大量光子.這副名副其實(shí)的"黃金甲"基于銳減散射光的原理,事實(shí)上是把物體遮起來了,把一個(gè)黃金人變成黑衣人.
魔法師能隱形,因?yàn)楦鶕?jù)傳說他根本就可以讓物體消失,看的人較后沒得可看.魔術(shù)師把艾菲爾鐵塔變成隱形,依靠的則是"把戲"——看臺(tái)旋轉(zhuǎn)了半圈,觀眾們較后看到的根本就不是鐵塔的方向.而材料學(xué)家沙拉耶夫既沒有玩把戲也沒有玩消失,他只是成功地讓光線拐了一個(gè)彎.
所謂"超材料"就是超出自然界固有的普通性質(zhì),具有超常材料功能的人工復(fù)合材料.它們并不存在于自然界,而是完全由科學(xué)家們?cè)趯?shí)驗(yàn)室研制出來.因此,科學(xué)家們盡可能根據(jù)需要賦予它們天然材料所不具備的超常物理性質(zhì),較終突破某些自然規(guī)律表現(xiàn)的限制.事實(shí)上,在自然界中確實(shí)存在著讓光反射異常的材料.例如天然蛋白石就因其具有不完全光子帶隙結(jié)構(gòu)而有著強(qiáng)烈的反光,并且向不同的角度發(fā)射出不同的顏色光彩.這種光子帶隙結(jié)構(gòu)在蝴蝶翅膀、孔雀羽毛以及海老鼠的毛也存在,正是它們使本來無色的生物體由于結(jié)構(gòu)的發(fā)光而呈現(xiàn)出閃爍斑斕的色彩.
本文關(guān)鍵詞:納米,材料,隱形衣,顯微鏡
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