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隐形术揭秘:来自主流科学界的不断探索

图4:超颖材料斗篷——超颖材料制造的斗篷(外面的圆)能引导光线。

这年晚些时候,《科学》把这两篇论文和隐形技术提名为2006年最顶级的科学突破之一。《科学美国人》提名彭德利、史密斯和莱茵哈特为该杂志选出的最好的50名研究者。莱茵哈特最近获得了英国皇家学会授予的西奥·墨菲蓝天奖,同时还有连续两年提供的充足资金,使他能够继续从事通过操纵光和其他电磁波来达成的隐形技术。根据指示,还有研究通过改变周边的水使水流绕过小岛或者钻井平台。

彭德利这年获得了联合国教科文组织的尼尔斯·波尔金奖,表彰了他在这个领域的工作。

前景渐明朗

在过去的4年里,头条新闻已经报道了莱茵哈特走出的第一步,还有众多团队不仅是朝着隐形装置的方向努力,还有超清晰镜头、全方位反射体(莱茵哈特的其中一个专长)和像坍缩星那样会吞噬光线的的人工黑洞。所有这些看上去很厉害的东西,都是诞生于同一个基本的光学的。在arXiv.org这个物理学网站上,过去一年就发表了超过30篇题目上有“cloak”或者“cloaking”的论文。

迄今为止,所有的这些装置都已经经过了理论验证,但是还远远达不到实用程度。此外,小型的装置还不能是一些物件很完美的隐形,也不能使很大的物件隐形。但是在一些波长范围内已经能做到隐形的物体不用显微镜看不出来的程度了。因为遮盖较长波长的装置比较简单,所以第一个取得成功的是微波——波长能够以英寸来测量。一些装置能在红外线下工作,这类光波的波长甚至比针头直径还小。而能在波长更短的光波下有效的装置也被提上了议事日程。

莱茵哈特和彭德利仍然在为这方面奋斗——他们也仍然在竞争。两个人一受到点刺激就会开始抱怨,对方在发现“隐形技术”这件事上得到的荣誉比他应得的要多。

当彭德利在说莱茵哈特第一篇发表的论文“有一个好的方案”是,他补充道,莱茵哈特做的超出了他的能力范围。“乌尔夫并不诚实,他做的并不是完全的隐形,顶多是接近隐形。”——因为他的方法并没有一个完整的措施来把光作为波处理,只是把光当做是一个射线的集合。莱茵哈特反击说:“他完成了相当重要的工作,但是他不是完成了所有的工作。特别是这个研究领域和广义相对论的联系,这是我们完成的工作……他制造了一个印象,好像整个领域都是他的功劳,同时他使用了我的研究成果却没有提到它们。”

但是,研究界互相拆台的做法在竞争激烈的新兴科学领域并不少见。但所有研究者们都有一个共识:进展已经在加快了。彭德利说:“这个领域使我震惊。”莱茵哈特说:“人们跳上一个主题,然后取得成功。那里有一些极好的想法。比我能够想象的有趣多了。这个领域在理论方面结束的非常快,现在是让它成为现实的时候了。”

图5:隐形装置——这个1厘米高的隐形装置利用超颖材料来使电磁波绕过它的中心,然后在另一边重新回到原来的光路上。2006年,杜克大学的大卫·史密斯和他的同事们报告他们用这个装置隐藏了一个很小的铜圈。

其他一些案例:

张翔(音)(美国加州大学伯克利分校及罗伦斯伯利克国家实验室)说他和其他一些人着眼于一种隐性材料,这种材料应该可以在可见光波长下生效,但这个现在还是秘密,不能说太多。他预告说:“它可以妨碍你,你能感觉到它,但你看不到它。”这条秘方需要更多的研究,他说,大约再过一年才能公之于众……或者更久。

在印第安纳州的West Lafayette的普度大学,物理学家弗拉基米尔·沙拉耶夫(Vladimir Shalaev)很肯定他也能做到,并且很乐意谈谈这种材料(基本上,是镜子和空气),但他还不确定怎样实用化。(沙拉耶夫教授的论文发表了在《科学》上,国内权威媒体也出现过相关报道)

康奈尔大学的物理学家迈克尔·利普森(Michal Lipson)和她的团队演示了一个“微型披风”,一个藏有方块的小型的、平的反射面。那个隆起的部分看起来和这块“毯子”的其他部分一样平。团队把这个提交到了《自然—光子学》上面。而张翔的伯利克团队做了同样的事情,在7月份的《自然—材料学》上报告了这一结果。“这就像我们在空间这块织物上扯开了一个口。”瓦伦丁说,“光不会跑那去。”

这一年在《物理评论快报》,曾经在伯利克受训,香港科技大学的物理学家陈子廷(Che Ting Chan)所领导的团队描述了一种称为“远程隐形”的技术。这个装置不仅(从理论上)能使一个物体隐形,还能把设置在物体旁边(而不是周围)的装置隐形。团队的一篇论文提到,隐形,仅仅只是控制光线的第一步,它使一个物体看起来像是空气一样。团队宣称,更进一步,是一个物体看起来像是另一个物体也是可能的。比如说,把一个苹果变成一个香蕉。研究者们称这个分支为“光学幻象(illusion optics)”。

这些理论有的只能在一个很窄的波长范围内有效,通常是在平面的、二维的空间设立的。很难找到一个了解这方面的人来断言永远不会出现一种能够把它和它的内容物隐藏在所有波长之中的装置——如果你在可见光下看不到,那么雷达、红外线、紫外线或者X光总有一种能够看到它。但是实际用途越来越乐观,这使得有很多资金来源推动研究。

在美国,国家科技基金会的项目官员罗伯特·特鲁(Robert Trew)说,主要部门在支持这项工作——电子、通信和网络系统——已经有将近一千五百万美元的合同完成了,涵括了16个奖项。美国国防部高级防御研究计划(DARPA)已经支持这类研究10年了——起初是一种半隐蔽的披风(并不是很机密的东西,但同样不会在媒体上公开)。虽然很难得到确切的数字,但是 DARPA在这10年里大约在超颖材料上花费了五千万美金,其中包括隐形技术的研究。

在间接提到隐形工程的时候,彭德利现在认为“大部分的工作很快就会走到暗处”。毕竟美国军方的钱,其他国家也一样,敏感的东西都是放在角落里的。

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