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有这样一则故事,讲述的是二战最激烈的时候,美国海军实施了一项使军舰隐形的秘密计划。故事称,美国“艾尔德里奇”驱逐舰上安装了一种特殊装备,所利用的原理是爱因斯坦的磁场可以引起光线弯曲的理论。为此,1943年10月在费城进行了一场决定性的试验:使军舰周围的光线弯曲,从而达到使军舰隐形的效果——结果给舰上人员带来了可怕后果,一些水兵发疯了,另一些人则消失得无影无踪。
这个有关费城实验的荒诞故事后来成为一本畅销书,并被拍成了电影。尽管这一荒诞离奇的故事经不起大量的调查研究,但仍被阴谋论者视为是真实的。然而“艾尔德里奇”舰上人员却没有一位站出来证明它的真实性。故事中提到的实验发生的时候,“艾尔德里奇”驱逐舰正停泊在巴哈马。此外爱因斯坦的研究工作也并未证实光线可以发生这样的弯曲。
技术关键:超材料
但是科幻故事仍可以变为现实。最近,科学家们找到了使物体周围光线变形以达到隐形效果的办法。这一技术关键在于所谓的“超材料”(metamaterials)的合成。这种特异合成物的特性是由其物质结构而并非化学成分决定的。伦敦帝国学院的研究人员亨利·彭德利教授说:“我们并非是从分子的角度而是超分子(metamolecules)的角度考虑问题的。”通过制造这种纳米级别的超材料,就可以改变它们与光相互作用的方式。
彭德利的小组正在研究是否可以通过给一件物体裹上一件超材料制作的“斗篷”,以使其隐形。这件斗篷所用材料的结构经过了特别加工,能够捕捉照到上面的光线,并调整这件物体周围光线的方向。
由于没有光线能从这件物体反射出来,它就成功地消失了。彭德利认为利用该技术,很快就能生产出他所说的“隐形斗篷”。
这听上去让人难以置信,但是今天有足够的例子表明一种物质的结构可以影响它看上去的样子。例如,产于南美洲的大闪蝶鲜艳的蓝翅膀上并不含有任何色素,它的颜色来自于光线的反射作用。
早期的隐形方法
早在上世纪70年代,科学家就已存努力运用这种技术以制造可以躲过雷达跟踪的隐形飞机。根据该原理,将飞机外壳的反射层分开几厘米,那么从一层上反射的雷达电波就将被另一层上反射来的电波所抵消。然而,这种效果只对一种波长起作用,结果证明不实用。
现代“隐形”飞机所以能躲过雷达的跟踪是因为使用了一种特殊的含有金属粒子的涂层,以吸收雷达发射出的能量。这些金属粒子发挥着“天线”的作用。但是即便如此也无法达到完全的隐形作用。彭德利说:“使用反雷达敷层材料就好比将某些东西涂成黑色。从这个物体上你得不到任何雷达回波,但你却可以发现洞在哪里。”一个较好的办法将是转移一个物体周围的雷达波和光波,从而隐去它存在的任何迹象。这正是超材料所发挥的作用。彭德利领导的小组已经展示了使尘粒突然隐去的技术。
他预测那种使较大物体隐形的光学超材料在未来5到10年就应该可以上市。它们将由嵌入非金属基片的金属构成,这样从微观上看它们或许像嵌在塑料中的微型天线。这种天线仿效的是原子存物质中发挥的作用。原于发挥着微小电偶极子的作用,改变了经过它们附近的电磁波——如光线——的性能。
用激光实现隐形
彭德利并不是唯一在研究如何使物体隐形的人。如果说他正在研发的是一种神奇的斗篷,那么他的同事克里斯·菲利普斯教授正在研发的东西就相当于是魔棒。他利用一种激光来改变物质感光的模式。
正常情况下,当光同一个物质发生作用时,其原子只吸收一定波长的光子。然而,当所谓的“耦合激光”的光束射向一件物体时,就可以对原子产生影响,阻止其与这种波长光的相互作用。这就是著名的“相干虚激发”(coherent virtualexcitation),是量子物理学的一种推论。
甚至连爱因斯坦都对这种作用抱有怀疑,但是它得到了验证。菲利普斯说:“我必须告诉人们这是真的。我们所以这样认为,是因为我们在实验室对这一切进行了演示。”其演示所使用的是一个红外线激光器和一片晶体。当激光打到这片晶体上时,直接穿过晶体没有任何反射和折射,也没有被吸收。其虚激发的原子没有与光发生作用,并且从任何一个角度都看不见它。
使一小片晶体隐去是一回事,那么使一个人隐形又如何呢?菲利普斯说:“我们已经证明这是可能的。”虽然他承认困难很大,需要大量不同波长的激光,数百万瓦的功率。这一技术要解决的问题是如何能将如此多的能量集中针对一个人。
隐形术的用途
隐形术的首次实际应用将会是军事方向,这一点不足为奇。这一领域大量的早期研究工作得到了美国军事研究机构国防部高级研究计划局的支持,彭德利已与许多国家的政府和军事组织讨论过他的研究成果。
由于隐形,那些通常很容易受到地而攻击的战斗机就可以执行近距离侦察和攻击的任务。这种材料可能非常昂贵——要想使一个人完全隐形,最初需要花费数十亿——但是一架飞机则耗资巨大,因此值得保护。
接下来可能要研发地面隐形装备。如果你只能从坦克扬起的尘土来想像一支作战的坦克部队,那你又怎能与其进行战斗?
随着这种技术越来越便宜,那么就可能会在其它领域运用。风电场和电塔可能会突然不见了;墙壁可以建成透明的,而又不影响保温和隔音;桥梁和摩天大楼可以看上去好像漂浮在空中。犯罪分子也必定会利用这一技术。因此这种超材料的商业运用将会受到严格限制和仔细的审批。
帕特里克·林博士是加利福尼亚研究纳米技术对社会和道德规范影响的机构的负责人。他认为,可以最大限度地控制犯罪分子使用这一技术的范围。他说:“正如我们利用金属探测来提醒我们谨防那些隐藏的武器一样,人们希望同时研发发现这种隐形术的办法。”
彭德利教授从未听说过费城实验,并且由于他的研究工作,那些阴谋论者也可能会很快忘却这一荒诞的故事。
这个有关费城实验的荒诞故事后来成为一本畅销书,并被拍成了电影。尽管这一荒诞离奇的故事经不起大量的调查研究,但仍被阴谋论者视为是真实的。然而“艾尔德里奇”舰上人员却没有一位站出来证明它的真实性。故事中提到的实验发生的时候,“艾尔德里奇”驱逐舰正停泊在巴哈马。此外爱因斯坦的研究工作也并未证实光线可以发生这样的弯曲。
技术关键:超材料
但是科幻故事仍可以变为现实。最近,科学家们找到了使物体周围光线变形以达到隐形效果的办法。这一技术关键在于所谓的“超材料”(metamaterials)的合成。这种特异合成物的特性是由其物质结构而并非化学成分决定的。伦敦帝国学院的研究人员亨利·彭德利教授说:“我们并非是从分子的角度而是超分子(metamolecules)的角度考虑问题的。”通过制造这种纳米级别的超材料,就可以改变它们与光相互作用的方式。
彭德利的小组正在研究是否可以通过给一件物体裹上一件超材料制作的“斗篷”,以使其隐形。这件斗篷所用材料的结构经过了特别加工,能够捕捉照到上面的光线,并调整这件物体周围光线的方向。
由于没有光线能从这件物体反射出来,它就成功地消失了。彭德利认为利用该技术,很快就能生产出他所说的“隐形斗篷”。
这听上去让人难以置信,但是今天有足够的例子表明一种物质的结构可以影响它看上去的样子。例如,产于南美洲的大闪蝶鲜艳的蓝翅膀上并不含有任何色素,它的颜色来自于光线的反射作用。
早期的隐形方法
早在上世纪70年代,科学家就已存努力运用这种技术以制造可以躲过雷达跟踪的隐形飞机。根据该原理,将飞机外壳的反射层分开几厘米,那么从一层上反射的雷达电波就将被另一层上反射来的电波所抵消。然而,这种效果只对一种波长起作用,结果证明不实用。
现代“隐形”飞机所以能躲过雷达的跟踪是因为使用了一种特殊的含有金属粒子的涂层,以吸收雷达发射出的能量。这些金属粒子发挥着“天线”的作用。但是即便如此也无法达到完全的隐形作用。彭德利说:“使用反雷达敷层材料就好比将某些东西涂成黑色。从这个物体上你得不到任何雷达回波,但你却可以发现洞在哪里。”一个较好的办法将是转移一个物体周围的雷达波和光波,从而隐去它存在的任何迹象。这正是超材料所发挥的作用。彭德利领导的小组已经展示了使尘粒突然隐去的技术。
他预测那种使较大物体隐形的光学超材料在未来5到10年就应该可以上市。它们将由嵌入非金属基片的金属构成,这样从微观上看它们或许像嵌在塑料中的微型天线。这种天线仿效的是原子存物质中发挥的作用。原于发挥着微小电偶极子的作用,改变了经过它们附近的电磁波——如光线——的性能。
用激光实现隐形
彭德利并不是唯一在研究如何使物体隐形的人。如果说他正在研发的是一种神奇的斗篷,那么他的同事克里斯·菲利普斯教授正在研发的东西就相当于是魔棒。他利用一种激光来改变物质感光的模式。
正常情况下,当光同一个物质发生作用时,其原子只吸收一定波长的光子。然而,当所谓的“耦合激光”的光束射向一件物体时,就可以对原子产生影响,阻止其与这种波长光的相互作用。这就是著名的“相干虚激发”(coherent virtualexcitation),是量子物理学的一种推论。
甚至连爱因斯坦都对这种作用抱有怀疑,但是它得到了验证。菲利普斯说:“我必须告诉人们这是真的。我们所以这样认为,是因为我们在实验室对这一切进行了演示。”其演示所使用的是一个红外线激光器和一片晶体。当激光打到这片晶体上时,直接穿过晶体没有任何反射和折射,也没有被吸收。其虚激发的原子没有与光发生作用,并且从任何一个角度都看不见它。
使一小片晶体隐去是一回事,那么使一个人隐形又如何呢?菲利普斯说:“我们已经证明这是可能的。”虽然他承认困难很大,需要大量不同波长的激光,数百万瓦的功率。这一技术要解决的问题是如何能将如此多的能量集中针对一个人。
隐形术的用途
隐形术的首次实际应用将会是军事方向,这一点不足为奇。这一领域大量的早期研究工作得到了美国军事研究机构国防部高级研究计划局的支持,彭德利已与许多国家的政府和军事组织讨论过他的研究成果。
由于隐形,那些通常很容易受到地而攻击的战斗机就可以执行近距离侦察和攻击的任务。这种材料可能非常昂贵——要想使一个人完全隐形,最初需要花费数十亿——但是一架飞机则耗资巨大,因此值得保护。
接下来可能要研发地面隐形装备。如果你只能从坦克扬起的尘土来想像一支作战的坦克部队,那你又怎能与其进行战斗?
随着这种技术越来越便宜,那么就可能会在其它领域运用。风电场和电塔可能会突然不见了;墙壁可以建成透明的,而又不影响保温和隔音;桥梁和摩天大楼可以看上去好像漂浮在空中。犯罪分子也必定会利用这一技术。因此这种超材料的商业运用将会受到严格限制和仔细的审批。
帕特里克·林博士是加利福尼亚研究纳米技术对社会和道德规范影响的机构的负责人。他认为,可以最大限度地控制犯罪分子使用这一技术的范围。他说:“正如我们利用金属探测来提醒我们谨防那些隐藏的武器一样,人们希望同时研发发现这种隐形术的办法。”
彭德利教授从未听说过费城实验,并且由于他的研究工作,那些阴谋论者也可能会很快忘却这一荒诞的故事。