“隱形衣”與新材料

　　“隱形衣”一直是科幻小說或電影慣用的巧妙構(gòu)思。如今，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種隱形技術(shù)和隱形材料層出不窮，促使各種“隱形衣”從實(shí)驗(yàn)室走上應(yīng)用舞臺(tái)，逐漸深入到人類社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域。
　　
　　形形色色的隱形衣
　　
　　現(xiàn)在已經(jīng)和正在開發(fā)研制的隱形衣，歸結(jié)起來大致有如下類型：
　　反可見光隱形衣此類隱形衣印有與大自然主色調(diào)一致的6種顏色構(gòu)成的變形圖案。這些圖案是經(jīng)過計(jì)算機(jī)對(duì)大量叢林、沙漠、巖石等復(fù)雜環(huán)境進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后模擬出來的。其色彩的種類、色調(diào)、亮度、對(duì)光譜的反射性能以及各種色彩的面積分布比例都經(jīng)過精確計(jì)算，可使著裝者的輪廓產(chǎn)生變形，從近距離上看是明暗反差較大的迷彩；在遠(yuǎn)距離觀察，其細(xì)碎的圖案與周圍環(huán)境完全融合，即使目標(biāo)運(yùn)動(dòng)也不易被發(fā)現(xiàn)。
　　變色隱形衣變色隱形衣是用由光敏變色物質(zhì)處理過的化纖布制成的，也可用光敏染料染在普通布料上制成。不論是在綠色的叢林、黃色的沙灘、藍(lán)色的海洋還是白雪皚皚的原野，隱形衣都會(huì)根據(jù)周圍環(huán)境的變化而自動(dòng)改變顏色而不易使著裝者暴露自己。
　　透明隱形衣美國(guó)科學(xué)家研制出一種神奇的隱形衣。將其放在物體外面，該物體將會(huì)從人的眼前完全“消失”。其基本原理是，通過“化解”光線在物體表面產(chǎn)生的反射，使肉眼難以觀察到。這種隱形衣完全不需要依賴任何其他的外圍設(shè)備，比如天線或計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等，只要在物體表面涂上這種具有“隱形罩”功能的物質(zhì)，無論從哪個(gè)方向和角度觀察這一“隱形”物體，它都不會(huì)露出馬腳。無獨(dú)有偶，日本科學(xué)家也研發(fā)出一種神奇的“透明服”，可以從人前看到人后的一切，從而達(dá)到“視而不見”的隱形效果。其原理是利用透明服后的攝像機(jī)把影像傳送并映射到前面具有反光功能的衣服表面，使人能夠看到著裝者背后的影像，如同著裝人是“透明”的。
　　激光隱形衣英國(guó)研究人員正在研發(fā)利用激光改變物質(zhì)感光的模式來實(shí)現(xiàn)隱形。在正常情況下，光同物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)，物質(zhì)原子只吸收一定波長(zhǎng)的光子。然而，當(dāng)所謂的“耦合激光”的光束射向一件物體時(shí)，就可以對(duì)原子產(chǎn)生影響，阻止其與這種波長(zhǎng)光的相互作用。這就是著名的“相干虛激發(fā)”，是量子物理學(xué)的一種推論。科研人員在實(shí)驗(yàn)時(shí)，使用的是一個(gè)紅外線激光器和一塊晶體片。當(dāng)激光打到這片晶體上時(shí)，直接穿過晶體，沒有任何反射和折射，也沒有被吸收。不過，激光隱形需要大量不同波長(zhǎng)的激光，數(shù)百萬瓦的功率，所需能耗很大。
　　
　　關(guān)鍵在于新材料
　　
　　人之所以能夠看到物體，是因?yàn)槲矬w阻擋了光波通過。如果有一種覆蓋在物體表面的材料，能夠引導(dǎo)被物體阻擋的光線“繞道行走”，那么在觀察者看來，物體就變得“不存在”了，從而實(shí)現(xiàn)視覺隱形。由此看來，隱形技術(shù)的原理就是改變電磁波在各種材料中的折射率，使它們不再反射光波。完美的隱形，既不反射電磁波，也不吸收電磁波，而是讓電磁波繞著物體走。
　　然而，電磁波是多種頻率波動(dòng)的集合體。目前，隱形技術(shù)還只能實(shí)現(xiàn)在某一個(gè)頻段上隱形，而躲不過多頻段電磁波的探測(cè)。例如，人的眼睛見不到的隱形部分，雖然在光波頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了隱形，但用其他頻段的電磁波仍然可以探測(cè)到。同樣道理，能逃過雷達(dá)監(jiān)測(cè)的隱形飛機(jī)卻用肉眼可見，在光頻下并沒有隱形。
　　足夠?qū)嵗砻?，物質(zhì)的結(jié)構(gòu)可以影響它的外觀形狀和顏色。例如，產(chǎn)于南美洲的大閃蝶，鮮艷的藍(lán)翅膀上并不含有任何色素，恰恰是來自于光線的反射作用，給它帶來了令人喜愛的顏色。早在20世紀(jì)70年代，一些科學(xué)家便開始運(yùn)用這種原理來制造可以躲過雷達(dá)跟蹤的隱形飛機(jī)。他們將飛機(jī)外殼的反射層分開幾厘米，那么從一層上反射的雷達(dá)電波就將被另一層上反射來的電波所抵消。然而，這種效果只對(duì)一種波長(zhǎng)起作用，所以實(shí)用意義并不高。隨后，研究人員又合成出具有負(fù)折射率的材料，試圖利用材料特殊的光學(xué)特性使光彎曲，但結(jié)果也不理想。這些材料均存在一定的局限性，比如，有的只能使微波（波長(zhǎng)大約在1毫米至1米之間）光線彎曲，而這個(gè)波長(zhǎng)對(duì)人眼來說原本就不可見。還有的則只能使光線實(shí)現(xiàn)二維彎曲，而不是完全隱形，實(shí)用意義也不大。
　　2006年，美國(guó)一個(gè)研究小組在《科學(xué)》雜志上發(fā)表論文，宣稱一個(gè)好的隱形辦法將是轉(zhuǎn)移一個(gè)物體周圍的雷達(dá)波和光波，從而隱去它存在的任何跡象，這正是超級(jí)材料所發(fā)揮的作用?？茖W(xué)家還舉例說明現(xiàn)代隱形飛機(jī)之所以能躲過雷達(dá)的跟蹤，是因?yàn)槭褂昧艘环N特殊的含有金屬粒子的涂層，以吸收雷達(dá)發(fā)射出的能量。因此，只要制造出性能合適的材料，實(shí)用的“隱形衣”便可以問世了。
　　
　　不斷推出新成果
　　
　　2007年6月，美國(guó)杜克大學(xué)科學(xué)家宣布，他們研制的“隱形衣”可以成功地讓一個(gè)面積為5平方英寸的物體避過微波探測(cè)。這種“隱形衣”的外形如同一條黃色浴巾，由數(shù)以千計(jì)的類似人造玻璃纖維的“超級(jí)材料”組成。這些材料可以“抓住”微波并改變其方向，當(dāng)微波射到披有隱身材料的物體時(shí)，微波就會(huì)繞過去，整個(gè)過程就像水流經(jīng)過一塊圓滑的巖石而發(fā)生分流一樣。
　　美國(guó)加利福尼亞大學(xué)伯克利分?？蒲行〗M開發(fā)出的新型材料，在納米尺度上可以使三維空間內(nèi)的可見光彎曲。也就是說，照射在這種材料上的可見光不會(huì)像正常情況下那樣偏折，人眼也就無法“看到”它。研究人員表示，雖然目前他們只是在納米尺度上實(shí)現(xiàn)了“隱形”，但從理論上講，同樣的原理在正常尺度下也應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)。到那時(shí)，科幻世界中的“隱形衣”就會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。
　　一個(gè)德國(guó)和英國(guó)研究人員組成的小組，制造出一種可彎曲光波的新材料，覆蓋在黃金表面的微小凸起上，可制造出讓凸起消失的視覺假象。不過，這片隱形斗篷很小，僅高約0.000102厘米，寬約0.000127厘米。之前的隱形斗篷只發(fā)展到2D階段，換個(gè)角度看，看似隱形的物體就會(huì)露出馬腳。而這片極其微小的3D隱形斗篷，可讓物體從各種角度看起來都彷佛消失不見。研究人員樂觀估計(jì)，較大尺寸的隱形斗篷，很可能在10年內(nèi)就能成真。
　　
　　“等離子體”新技術(shù)
　　
　　俄羅斯科學(xué)家開發(fā)出性能優(yōu)異的等離子體隱形技術(shù)。物體被等離子體發(fā)生器遮蔽后，雷達(dá)便很難發(fā)現(xiàn)它們。從飛機(jī)到汽車等任何移動(dòng)的物體，都可以大幅降低自身的“可見度”。
　　自然界中的物質(zhì)除了可以呈現(xiàn)固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)之外，還可以呈現(xiàn)等離子態(tài)。這是氣體經(jīng)過電離后呈現(xiàn)的第四種物態(tài)，而呈現(xiàn)這種狀態(tài)的物質(zhì)則被稱為等離子體。等離子體在宇宙空間存在很多，遠(yuǎn)比人們熟悉的固體、液體、氣體更為普遍。等離子體一般可分為高溫和低溫兩大類。高溫等離子體是用極高的溫度使氣體迅速離解而生成的等離子體，溫度可以達(dá)到攝氏幾千度到上億度；低溫等離子體是氣體在電場(chǎng)力的作用下獲得能量而被電離，溫度可以是常溫，也可以達(dá)到攝氏幾千度。
　　現(xiàn)在投入使用的等離子體技術(shù)裝置，是由超高頻電磁波發(fā)生器或激光發(fā)生器、定向天線和電源，通過統(tǒng)一的控制系統(tǒng)相互聯(lián)接而構(gòu)成。等離子體裝置通過地面設(shè)備和制導(dǎo)激光輻射或超高頻輻射的電磁能，將大氣層聚焦，焦點(diǎn)處空氣產(chǎn)生高度電離化，形成等離子體云團(tuán)。這種云團(tuán)的密度和電離度要比大氣電離層高出1～10萬倍。通過等離子云團(tuán)對(duì)雷達(dá)波的反射或吸收，就可以完成對(duì)物體的保護(hù)作用。而且操縱過程簡(jiǎn)單、費(fèi)用便宜、還可以填補(bǔ)臭氧洞，消除太空垃圾，控制天氣變化。
　　目前，美國(guó)和俄羅斯都在研究設(shè)立等離子體屏障，而他們采取的做法則不相同。美國(guó)的隱形技術(shù)基于使雷達(dá)向不同方向反射。而俄羅斯的等離子體屏障則是通過吸收無線電波的能量的方法，使飛機(jī)不容易被雷達(dá)發(fā)現(xiàn)。舉個(gè)例子來說：對(duì)著墻打球，球就會(huì)彈回；如果墻上有方向不同的棱角，那么球就會(huì)彈向四面八方，而不是彈回原處；如果用柔軟的材料覆蓋墻面，然后朝墻上擊球，球就會(huì)失去反彈力，落在墻邊。同樣道理，如果雷達(dá)信號(hào)從飛機(jī)上反射返射回來，并被天線捕捉到，飛機(jī)就暴露了。而采取措施使雷達(dá)反射信號(hào)向各處分散或被吸收，飛機(jī)就可以被隱蔽起來，從而達(dá)到隱身目的。俄羅斯研制出的等離子體發(fā)生器，最大優(yōu)點(diǎn)是體積小、重量輕，可以安裝在各種移動(dòng)的物體上，讓老式裝備也具備隱身性能。即使是最古老廉價(jià)的戰(zhàn)機(jī)在裝備了這一設(shè)備后，隱形性能也會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過美國(guó)的F－117隱形戰(zhàn)斗機(jī)與B－2隱形轟炸機(jī)，表現(xiàn)出更優(yōu)異的性能。
　　【責(zé)任編輯】龐云