事實上,普通的材料無論如何看似光滑,對于微粒子來說都好像雨點打在鳥巢體育場那樣大的粗糙核桃殼上一樣,總是會向各個角度產生反射.只有把結構做到比光子還要小,才有可能做出足以讓光線如同激流經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開始像一個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生彎曲,致使人們看不見斗篷.
2008 年10 月,沙拉耶夫在美國《科學》雜志上把隱身衣的秘密公諸于世,同時向人們宣布:"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事實:當隱身衣把他遮得嚴嚴實實的時候,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.現在,必須再給隱身衣設計一副配套的墨鏡,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;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.沙拉耶夫所沒有解決的反隱形技術其實早已開始被其他科學家關注.
2007 年11 月,上海交大的陳煥陽博士在美國《應用物理快報》上公布了他對抗隱形技術的研究結構.他和同事們設計出一種光學屬性與那些隱形斗篷完美匹配的材料:"用術語來說,就是一種各向異性負折射率材料,它的阻抗與隱形斗篷的正折射率相匹配." 事實上,它的原理有點像是給手槍裝上消音器:用相同頻率的聲波的波峰來填補所發出的聲音的波谷,較終完全抵消空氣振動.其實,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來,從而部分抵消隱身衣的效應.
陳煥陽和同事們研究的反隱形技術在隱身衣內產生了破壞隱身性能的效果,這已經初步解決了隱身衣內外之間無法通訊的問題.事實上,陳煥陽也同時在進行著隱形技術的研究,只不過不是為了做衣服.在他的設想中,可以利用隱形技術做出一道隱藏之門的設計:用隱形技術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;而在門內的人則能夠通過反隱形技術觀察到外面的人的一舉一動.這項技術也許將被開發于軍事領域,難怪美國前駐華武官在美《防務新聞》網站上援引此例驚呼未來中國將對美國的隱形武器構成巨大威脅.
超材料的隱形把戲
弗拉吉米爾?沙拉耶夫(造出了隱身衣.他不會魔術,也不懂魔法,身為美國印地安那州普渡大學的材料學專家,他通曉材料反射光線的秘密:"假如一樣東西反射的光線根本沒有到達你的眼睛會怎樣?就跟你背對著它一樣吧."但是我們都知道怎樣看見背對著的東西——只要有一面鏡子幫助光線反射到我們的眼睛就成."不過,即使你面對隱身斗篷,你還是看不見它.不僅如此,你會看到本應被它阻擋的東西.因為只要沒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.東京大學的田智前教授曾經依靠6 臺1160 萬像素的攝像機展示過一款"隱身衣":衣服后面的場景被這些攝像機拍攝下來,隨后經過一臺性能極強的計算機的處理,然后再投射到由一個非常明亮的電子顯示器制成的衣料上.而俄羅斯烏里揚諾夫斯克州立大學的奧萊格?加多姆斯基教授則是依靠黃金膠體粒子吸收了大量光子.這副名副其實的"黃金甲"基于銳減散射光的原理,事實上是把物體遮起來了,把一個黃金人變成黑衣人.
魔法師能隱形,因為根據傳說他根本就可以讓物體消失,看的人較后沒得可看.魔術師把艾菲爾鐵塔變成隱形,依靠的則是"把戲"——看臺旋轉了半圈,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彎.
所謂"超材料"就是超出自然界固有的普通性質,具有超常材料功能的人工復合材料.它們并不存在于自然界,而是完全由科學家們在實驗室研制出來.因此,科學家們盡可能根據需要賦予它們天然材料所不具備的超常物理性質,較終突破某些自然規律表現的限制.事實上,在自然界中確實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構而有著強烈的反光,并且向不同的角度發射出不同的顏色光彩.這種光子帶隙結構在蝴蝶翅膀、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構的發光而呈現出閃爍斑斕的色彩.
本文關鍵詞:納米,材料,隱形衣,顯微鏡
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