浙江大學(xué)發(fā)明“隱身衣”
那件讓哈利·波特在魔法學(xué)校自由穿梭的隱身衣，將不再只出現(xiàn)在虛擬世界中。近期，一則關(guān)于“隱身衣”的新聞引起極大關(guān)注。新華社11月1日?qǐng)?bào)道：浙江大學(xué)研制出了六邊形玻璃“隱身衣”，使鉛筆、金魚和貓成功隱形。記者從浙江大學(xué)“電磁波隱身衣機(jī)理及實(shí)驗(yàn)研究”項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)了解到，根據(jù)用坐標(biāo)變換方法設(shè)計(jì)隱身衣理論，“讓光線像溪流繞過石頭一樣”，他們用普通玻璃制造出了隱身器具。
“奇跡”時(shí)刻
鉛筆、金魚和貓，都“不見了”
一個(gè)正六邊體的柱狀玻璃裝置，邊長5厘米，高度5厘米，正六邊體的中心是一個(gè)孔洞。將正六邊體放進(jìn)裝滿水的透明魚缸，透過正六邊體，可以看到魚缸另一側(cè)的完整景物。用一支鉛筆穿過正六邊體中心的孔洞，神奇的事情發(fā)生了，鉛筆插進(jìn)正六邊體孔洞的那段消失不見了——透過玻璃器具，依舊可以看到魚缸另一側(cè)的完整景物，就像沒有插進(jìn)鉛筆時(shí)一樣——鉛筆的中間部位“隱身”了。
一條小金魚游進(jìn)了正六邊體孔洞，突然消失“不見”了，魚缸另一側(cè)的背景沒有發(fā)生任何變化。過了一會(huì)兒，小金魚的頭從孔洞里鉆出來，它的身子還是看不見。金魚慢慢地游了出來，它的身體逐漸呈現(xiàn)在大家面前。
另外一個(gè)個(gè)頭更大的六邊形玻璃裝置里，蹲著一只小貓，從某個(gè)特定的角度看過去，小貓突然“消失”了。
這是發(fā)生在浙江大學(xué)信電系實(shí)驗(yàn)室里的一幕，兩個(gè)玻璃裝置就是浙江大學(xué)國際電磁科學(xué)院陳紅勝教授團(tuán)隊(duì)最新研制的“隱身衣”。陳紅勝說：“這幾項(xiàng)實(shí)驗(yàn)意味著，隱身器件不僅能隱藏像貓、魚這樣大的物體，生物還能和隱身器件一起活動(dòng)，隱身效果不會(huì)受到影響。 ”
研究“魔法斗篷”6年前已被解密
其實(shí)，早在6年前，陳紅勝就開始“隱身衣”研究了。
2007年，陳紅勝與美國麻省理工學(xué)院合作完成的論文“電磁波與隱身衣的交互機(jī)理研究”，刊登在物理學(xué)頂級(jí)學(xué)術(shù)刊物《物理評(píng)論快報(bào)》上。
論文首次解釋了隱身衣的物理機(jī)制，提出了對(duì)隱形效果定量分析的理論框架，這項(xiàng)成果對(duì)隱身衣的設(shè)計(jì)起到重要的指導(dǎo)作用。
以報(bào)道國際最新科研成果著稱的知名科技網(wǎng)站“全球科學(xué)新聞網(wǎng)”，以《科學(xué)家解釋了隱身衣背后的物理機(jī)制》為標(biāo)題，詳細(xì)報(bào)道了這項(xiàng)研究成果，并對(duì)陳紅勝進(jìn)行了專訪。
原理 讓光線像溪流一樣繞過石頭
想要使物體“隱身”看不見，就要先明白物體為什么能看見。
按照“電磁波隱身衣機(jī)理及實(shí)驗(yàn)研究”項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的介紹，當(dāng)電磁波照射到物體上時(shí)，會(huì)在物體上發(fā)生散射。散射的電磁波被人眼等“感應(yīng)器”接收后，就能發(fā)現(xiàn)那里存在物體。“目前現(xiàn)實(shí)中應(yīng)用的隱身技術(shù)，比如隱形飛機(jī)，主要是通過吸收雷達(dá)發(fā)生的電磁波，使得反射回去的電磁波最小或者等于零，從而使雷達(dá)感覺不到，但這種技術(shù)并不是真正的隱身。 ”陳紅勝說。
2006年，英國帝國理工學(xué)院的約翰·彭德里等在《科學(xué)》雜志上發(fā)表文章，提出了利用坐標(biāo)變換的方法設(shè)計(jì)隱身衣，既不反射也不吸收電磁波，而是使電磁波能夠繞過被隱身的區(qū)域，按照原來的方向傳播，從而可以使物體完全隱形。這是隱身衣設(shè)計(jì)的“殿堂級(jí)”理論，奠定了隱身衣研究的理論體系。它的核心思想是，通過材料表面折射率的改造，讓光線“轉(zhuǎn)彎”繞過物體按原方向傳播，就能將物體隱藏。“小溪里有一塊石頭，溪流會(huì)在石頭前分流，繞過石頭后再合攏了繼續(xù)向前，就像沒有遇到過石頭一樣。”浙江大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)要做的，就是讓光線像溪流一樣繞過石頭。
實(shí)用 設(shè)計(jì)出可見光波段多邊形隱身衣
理論有了，但要制造一件隱身衣出來并不容易。
最近兩年，陳紅勝的研究團(tuán)隊(duì)將研究重點(diǎn)放在了如何在可見光波段實(shí)現(xiàn)物體隱形上，也就是說，怎樣讓物體在人的肉眼前“隱身”。他們對(duì)彭德里提出的理論體系進(jìn)一步簡化，提出了一種可見光波段多邊形隱身衣的設(shè)計(jì)方法，通過均勻線性變換的方法，設(shè)計(jì)并簡化了隱身衣的各個(gè)部分的參數(shù)，讓隱身衣從理論走向了實(shí)用。
“人眼對(duì)光線的相位和略微延時(shí)并不敏感。 ”研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合這一特性，剔除彭德里理論中“光線保持相同相位”的條件，“這樣，隱身器件能夠使用更加易得的材料，也不需納米級(jí)工藝雕琢，降低了隱身衣的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)難度。 ”
2012年，陳紅勝研究團(tuán)隊(duì)用一種自然界存在的雙折射晶體研發(fā)了一套柱形隱身器件，實(shí)現(xiàn)讓一根筷子粗細(xì)的物體隱形。“但是這種材料的尺度很小，且只能對(duì)某個(gè)極化的光才可以隱形，又無法大規(guī)模制備。 ”
2013年，通過進(jìn)一步的理論分析，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)隱身器件的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并選用在工業(yè)上可以大規(guī)模制備的一種玻璃作為隱身衣的材料，將隱身衣的“尺寸”擴(kuò)增到直徑分米量級(jí)以上，并且可以在任意極化的自然光下隱身。
應(yīng)用前景
實(shí)現(xiàn)真正隱身，目前還很困難
彭德里看到了浙江大學(xué)的研究進(jìn)展，他表示這是隱身衣研究領(lǐng)域“一個(gè)真正的進(jìn)步”。
目前，浙大的“隱身衣”還很初級(jí)，只有從六邊形隱身器件正對(duì)六條棱角的方向看過去，才有比較好的隱身效果。另外，“隱身衣”本身也并不能隱形。
據(jù)介紹，目前隱身器件的研究方面歸為兩類：一類是地毯式隱身器件，物體躲在地毯式隱身器件下面，對(duì)于上面的觀察者來說，看到的效果就像平整的地面一樣。第二類就是人們通常所理解的哈利·波特式隱身衣，可以脫離地面移動(dòng)。
浙江大學(xué)的研究屬于第二類型。從應(yīng)用的角度出發(fā)，隱身衣如果能有較好的應(yīng)用，必須要能夠工作在寬頻帶、全方向、全極化，要實(shí)現(xiàn)這個(gè)最終目標(biāo)難度非常大。“電磁波隱身衣機(jī)理及實(shí)驗(yàn)研究”項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)表示，要實(shí)現(xiàn)彭德里“完美隱身”的理想，制造出穿在身上的真正的隱身衣，目前還非常困難。因?yàn)榇嬖诓牧蠀?shù)苛刻、不夠輕便等技術(shù)瓶頸，因此目前隱身衣的研究主要還處于實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及測試階段，離應(yīng)用還有很長的距離，不過研究團(tuán)隊(duì)很有信心，“電磁波隱身，將是隱身技術(shù)真正走入生活領(lǐng)域的一個(gè)重大契機(jī)。雖然目前的技術(shù)還存在一定的局限性，但我們有理由相信，人類實(shí)現(xiàn)隱身的夢(mèng)想終將實(shí)現(xiàn)。 ”（
