等離子隱身：一個現(xiàn)實的幻想
摘自2005年3月30日<<科技日報>>
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披上一件隱身衣，誰也看不見，多年來人類對此充滿著狂熱與夢幻。于是，在風(fēng)靡全球的電影《哈里·波特》中多次有這樣的場景，當(dāng)波特身臨險境時，都是一件可以將他隱身的東西救了他的命。在電影《擇日再死》中也不例外，詹姆斯·邦德的那輛隱形車多次讓他從險境中逃生。也許有人會想，要是自己也能像電影中變戲法般消失該有多神奇。今天，這或許并不再是一個遙不可及的夢想。
關(guān)于日前在《自然》雜志上發(fā)表的“等離子隱形罩”研究成果，專家解釋稱：一種等離子體外殼將可以把物體反射和散射的光線降低到極小，這樣誰也就看不到它發(fā)出的光線，誰也就不知道它的存在。
當(dāng)然，這一概念目前還停留在設(shè)想階段，不過科學(xué)家稱，它顯然并不違背任何物理定律，理論上是可行的。
倫敦帝國理工大學(xué)的物理學(xué)家JohnPendry說：“這有著重要的應(yīng)用潛力。在隱形技術(shù)和偽裝方面，它可能有用武之地。”
隱身的夢想：從“保護色”到“等離子”
一直以來，科學(xué)家們一直為能夠“隱身”而孜孜不倦地探索著，其中一種技術(shù)是以保護色原理為基礎(chǔ)，通過改變物體的色彩，讓它的顏色和周圍的背景相同，物體就可以安然隱身在偽裝里不被發(fā)現(xiàn)
美國北卡羅萊納的發(fā)明家羅伊·阿爾登的“隱身”方法，是用一臺監(jiān)視儀拍攝周圍背景，用投影儀把監(jiān)視儀中的圖像投射到要隱藏的物體表面。
東京大學(xué)的田智前教授曾經(jīng)展示了一種“延伸現(xiàn)實”的隱身衣。它可以將衣服后面的場景拍攝下來，然后將影像轉(zhuǎn)換到衣服前面的投影機，將影像投射到由特殊材料制成的衣料上。這樣，就能讓穿衣者看起來是透明的。但這種方法只對處于特定位置的觀察者有效，如果變換一定角度的話，是完全沒有隱身效果的。
等離子體是一種特殊的濾波器，俄羅斯最早把其用在軍事隱身中，因為當(dāng)雷達頻率低于等離子體頻率時，雷達波被全反射。這次，安德雷·阿魯和納德·因格希塔設(shè)計的隱形衣用的是等離子技術(shù)
“等離子體是繼固體、液體、氣體之后的第四種特質(zhì)形態(tài)，因而也被稱為物質(zhì)第四態(tài)。等離子體之所以具有隱形功能是因為它對無線電波具有折射與吸收作用。”中科院合肥等離子體物理研究所應(yīng)用等離子研究室沈克明說。
沈克明介紹，俄羅斯最早把其用在軍事隱身中，因為當(dāng)雷達頻率低于等離子體頻率時，等離子體能以電磁波反射體的形式對雷達進行電子干擾。當(dāng)雷達頻率高于等離子體頻率時，雷達波能被等離子體吸收，從而使雷達接受到的攻擊武器的信號大為減弱。
等離子的奧秘：
遁形于“光天化日”
將球形或圓柱形物體用等離子振子材料覆蓋后，它散射光的能力非常低。以合適波長的光照射時，物體就會顯得極小，基本上看不見
這一“隱形罩”的發(fā)明原理是通過“化解”光線在物體表面的反射達到隱身效果———我們平時之所以能看清某一物體，是因為光線在該物體表面產(chǎn)生了反射，而“隱形罩”就是能夠阻止物體表面光線反射，從而讓其無法被肉眼觀測到。
研究人員說，金屬材料表面的電子有規(guī)律地運動時，會產(chǎn)生電子密度波，稱為等離子體振子。以等離子體振子材料制成的外殼，在入射光頻率與等離子體振子共振頻率接近時，幾乎不散射光線。
計算表明，將球形或圓柱形物體用等離子振子材料覆蓋后，它散射光能力非常低。以合適波長的光照射時，物體會顯得極小，基本上看不見。
正在研究的“等離子罩”由金銀等合成金屬打造而成，它能夠吸收、消化掉大多數(shù)射到物體表面的“可見光”
要使物體在可見光下隱形，大自然已經(jīng)提供了合適的等離子體振子材料：金和銀。
正在研究的“等離子罩”就由金銀等合成金屬打造而成，它能夠吸收消化掉大多數(shù)射到物體表面的“可見光”。因為當(dāng)可見光線照此合成金屬時，金屬產(chǎn)生的電子波或等離子波的頻率與可見光波的相等，兩者產(chǎn)生“共振”，波的頻率將互相抵消。在這樣的狀況下，該金屬物體表面將不會反射任何一絲可見光，從而實現(xiàn)真正的“隱形”，此時，無論從哪個方向和角度觀察這一“隱形”物體，它都不會露出馬腳。
無奈的現(xiàn)實：
目前只能擁抱幻想
能夠應(yīng)付所有可見光波長———從紅光到紫光的“萬能隱形罩”，目前還無法發(fā)明出來
倫敦帝國大學(xué)物理學(xué)家約翰·潘德里教授稱，“隱形罩”的研究還有很長的路要走，由于光線的波長不同，因此，一個特定的隱形罩可能只在特定波長的光線下起作用。
像安德雷·阿魯和納德·因格希塔設(shè)計的隱身外套只能讓大小和所隱身的光線波長比較接近的物體隱身，那么對于波長不到1微米的可見光來說，只有極小的物體是可以隱身的。同樣，人如果用這種方法隱身的話，波長一兩米的雷達肯定無法發(fā)現(xiàn)人類的蹤跡，但是在陽光下是顯而易見的。
約翰·潘德里教授稱，能夠應(yīng)付所有可見光波長———從紅光到紫光的“萬能隱形罩”，目前還無法發(fā)明出來。
“從超材料科學(xué)的角度說，研發(fā)讓物體隱身的新材料，在理論上是可行的，當(dāng)然，可能還有一段漫長的道路要走”
“等離子屬于超材料，從超材料科學(xué)的角度說，研發(fā)讓物體可以隱身的新材料，在理論上是可行的。當(dāng)然，可能還有一段漫長的道路要走。”清華大學(xué)材料科學(xué)與工程系周濟教授說。
他介紹，“超材料”是指一些具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或復(fù)合材料。通過對材料的關(guān)鍵物理尺度上的結(jié)構(gòu)有序設(shè)計，可以突破某些表觀自然規(guī)律的限制，從而獲得超出自然界普通性質(zhì)的超常材料功能。
或許將來有一天，真的會有一種特殊材料出現(xiàn)，利用它，我們可以隨心所欲地讓自己或別的物體在關(guān)鍵時刻“隱身”。當(dāng)然，在此之前，我們還只能是在焦急的渴求中擁抱美妙的幻想。
■新聞緣起
據(jù)本月出版的《自然》雜志報道，美國費城賓夕法尼亞大學(xué)的兩名電子工程師安德雷·阿魯和納德·因格希塔宣稱，他們正在研究一種神奇的“等離子隱形罩”設(shè)備，如果將這一隱形設(shè)備罩在某個物體上，這一物體將立即從人們眼前“消失”。
利用等離子體實現(xiàn)隱身的技術(shù)是在前蘇聯(lián)解體以后，從一些材料中透露出來的前蘇聯(lián)專家的一種設(shè)想，這一領(lǐng)域隨即成為軍事、材料科學(xué)研究的熱點。當(dāng)然，這一概念目前還停留在設(shè)想階段，不過科學(xué)家稱，它顯然并不違背任何物理定律，理論上是可行的。
(張英提供, 趙毅制作)
