中国科学家破秘隐身术！创造隐身材料让雷达无能为力

羊君

来源：中国科普博览

　　从秦汉方士的隐身术，到哈利波特的隐身衣，再到军事上的隐形飞机，哪些是幻想魔术？哪些是科学前沿？人类是否能拥有变身隐身人的超能力？超能力又该如何实现？

　　在SELF讲坛的舞台上，来自中科院物理所的陆凌研究员展示了现代隐身术的奇妙之处。

陆凌 中科院物理所/北京凝聚态物理国家实验室研究员

    以下内容为陆凌演讲精编：

　　做到天人合一，你就可以隐身

　　从古至今，隐身一直是人类的一个梦想，中国早在秦汉时期就有对隐身术的记载。

　　当时的道家方士们，他们追求长生术的同时也研究过隐身。现在看来，当时的那些方法和方式都是接近可笑的。

　　但话又说回来，中国古代很多哲学思想确实是隐身的思路，第一个就是天人合一：天人合一说的是人和自然、环境的一个完美融合，如果你做到这一点你就可以隐身。

　　这张图片，是在长城上拍摄的，在画面的中央，有一个行为艺术家，他把自己做上人体彩绘，巧妙地和周围的城墙、山景融合到了一起很难发现他的存在。


      第二个例子更加有意思，三四年前，四川一个派出所接到了一个电话，说家里的两个小孙子不见了，找了大半天也找不到，结果民警就在山脚下的一个泥池塘里面发现了他们两个，他们玩得正欢呢。因为他身上裹着很多泥浆，还有黄土，和周围的山景完全融为一体了，怎么找也找不到。所以有网友们就戏称，这两个小隐身人长大了肯定是特种兵的好料子。


       这位先生拿着自己的平板电脑走到了山上，巧妙地将背后摄像机拍到的画面展示在了前面的屏幕当中，然后从这个角度看过去，似乎你就看不到他的脸了，而后面的天空的景象依然非常完整。

   
    中国古人云：小隐隐于山，大隐隐于市，确实是这样。

　　现在韩国正在建造一幢摩天大厦，他们称之为隐身大厦，它隐身的原理也跟之前提到的是一样的，将非常多的电子显示屏铺满整个大厦的外墙，所以如果你360度将背后的景象显示在它的墙体上的时候，你就看到右边这张图所显示的这样一个隐身的效果——一幢摩天大厦在城市的正中央消失了。


        自然界的隐身大师：章鱼

　　当然这么做的代价是非常高的，也非常耗电，其实大自然中就隐藏着更高超的隐身技术。


       这是一张章鱼表皮的图像，上面是成千上万的小的色素块，有的是黑色，有的是棕色，也有白色的底色，还有青色和黄色的效果，章鱼能改变这些小色素块大小，以至于达到在某个时候是白色的底色，或者棕色的表面颜色。

　　当然它还有非常多其他的结构和颜色的变化能力，那么它背后的物理原理呢？


        原来章鱼的表皮是分非常多层的，每一层都有不同颜色的色素块，但同样的是它的每一个色素块都跟周围的肌肉组织紧密相连，所以它可以瞬间拉伸或者缩小这些色块，而之前和之后的面积差别可以达到一百倍。

　　其实不止是章鱼，所有的这些头足动物门、软体动物，常见的比如说像鱿鱼、乌贼，它们都有类似的变换能力，但是从严格意义上讲，它们都是一种伪装术，并不是一种高级意义上的隐身，因为你毕竟是可以看到它的，只是你无法分辨它和它所在的环境。

　　利用光线的简单隐身方法

　　更高级的隐身术其实也可以用中国古人的思想来阐述，老子用“上善若水”来表达对水的敬意和赞美。

　　水从它的源头慢慢地流到你的跟前，一路上其实经过了千难万险，因为有岩石、有峭壁，但是它都可以非常平静地绕过这些障碍物来到你的面前，而当你看到它的时候，你并不知道它所经历的过程。

　　那隐身术也希望做到同样的事情——就是让原本直线传播的光线达到一个绕行然后继续前行的效果，这听起来非常的梦幻，但是它其实并没有那么难做到。

　　蓝色的几根线代表的是四面镜子，它们两两互相成直角并排放着，红色就是光行进的路线，可以看到当观察者在屏幕的下方的时候，你看到光是经过了四次的反射绕过了这个熊猫所在的区域，但是你却依然能够看到背后的景象。

羊君

       如果将刚才的四面镜子扩展到八面，那就可以看到在小熊猫的这块空间已经完全被孤立起来了，这块空间你是完全看不到的。但是这要求的是观察者在你的左手方或者右手方，就是对两个方向你达到了隐身的效果，那如何才能在所有的方向达到隐身呢？


       完美隐身的要求对科学家们的挑战是非常大的。所以在原理上必须摒弃刚才所说的，光用直线来描述这样一个几何光学的概念，需要充分考虑光的波动性。

　　因为从微观的角度来说，光线都是电磁波，也就是电场在时间和空间上的一个周期的运动，在考虑了所有这些因素之后，经过了很多的努力可以实现如仿真动画所示的效果，红色和蓝色的条纹，表示的是电磁波的波峰和波谷，所以一束波从左边传来，从右边出去，但对中间这个隐身衣包围的区域，它是完全侦查不到的，可以说是达到了完美的隐身效果。

　　可惜它只对一个频率点工作，而且在几何尺寸上需要比隐身物体本身大很多。


        隐身飞机的新材料

　　隐形飞机的基本原理是基于微波段的雷达探测，微波就是微波炉或者手机所用的波段，雷达侦查的原理是从不同的方向往空间发出电磁波。

　　这时候如果来了一架民航飞机，那一定会有部分的电磁波是往原路反射的，然后会被刚才的这个雷达探测到，就知道在多高的高空、多快的速度有一架飞机正在飞行。

　　那如果现在敌方来了一架侦察机，它是一架隐形的飞机，隐形飞机的外表形状和涂层都是经过严密的设计，它的反射波绝对不会沿着原路返回，它会被吸收掉一部分，然后反射的部分往其他的方向去了，所以对这一个雷达来说，它确实是隐形了。

　　如果在四面八方、天上地下、山上都放上这样的雷达，成为一个雷达网络，并且他们之间协同工作，那么现在是没有一个技术能够让一架飞机真正在天空中消失的，于是陆凌参与研发了一种隐身材料。

　　这种由浙江大学叶德信教授负责设计的新型人造材料，可以是任意大小和形状，可以是飞机，也可以是坦克、或者一个建筑，但是无论怎样，电磁波都会完美地穿透它继续前行，不发生任何的改变。

　　更难能可贵的一点，在实验上它也非常容易实现，因为它所需要的材料就两种，一种是铜，一种是常见的塑料，当然这里的细节的结构和连接方式都是非常仔细设计过的。


        这是完全敞开的一个设计，隐身材料不但在军事上会有很大的潜在应用前景，其实也跟每一位的生活都息息相关。

　　大家总是抱怨这里网络的信号不好、手机的信号不好，或者说家里装了一个新的无线路由器，在路由器附近上网的速度非常快，到其他房间、其他角落，信号就很弱上不了网，或者说当你一边打着手机一边走进电梯的时候，这个信号会断，这些都是因为同一个问题。

　　就是我们现在用的建筑的墙体，或者说铸造这个电梯的这个金属材料，都不是隐身材料，它都会强烈的散射、或者阻拦电磁波的传播。

　　所以可以想象，如果我们用这样的一个复合材料做成我们的建筑或者电梯的材料，那么在我们的生活空间里面就不需要这么多的路由器，也不需要这么多的信号发射塔，就能更有效更节能的通讯了。