自從英國小說家 H.G. Wells (1866-1946) 在 1897 年寫了「隱形人」(The Invisible Man) 這本小說之後,大家就迷上了隱形術,別人看不見我、我卻能看見別人,做什麼事都萬無一失,各種版本的小說、影劇,多年來延續不斷,哈利波特的隱身斗蓬更把隱形術帶入高潮。除了科幻小說與影劇,在現實的世界,科學家們也做了不少踏實的工作,研究可能隱形的材料,只要有一種材料不讓光線反射,而且讓光線能貼著一個東西走,這個東西就隱形在我們眼前看不見了。
我們眼睛看得見,是因為光線照射到景物反射回來的結果,如果有一個東西能把光線完全吸收,不反射回來,我們就看不清是什麼東西,僅是一個黑洞。但如果光線不被完全吸收,而是順著這件東西的外圍輪郭照射,那反射到我們眼睛的,仍是照射到這件東西以前的景物,這件東西就被「蓋」掉隱形了。這好像河裡有一塊岩石,水順著岩石的外圍流動,我們看見的是水、不是岩石。如果光線也能順著一件東西的外圍照射,這件東西還在那裡,只不過光線反射的是這件東西前面的景物,這就是隱形的基本理論,問題是自然界的材料都不能讓光線繞著灣照射。
美國 Duke 大學在兩年以前首度研發隱形材料,稱為進階材料 (Metamaterial),是用奈米技術設的特殊結構,使得電磁波能順著被照射物的輪郭進行。這種材料的製作非常複雜,但最近研發出軟體,可以加速超級材料的製裎,使得隱形技術向前進一步。這項技術由美國 Duke 大學的 David Smith 教授,與中國南京東南大學的崔鐵軍教授合作,同時採用英國帝國學院的 John Pendry 與 Jensen Li 兩教授的理論,隱形材料成功的把微波 (Microwave) 轉向,並發表在上週的 Science 雜誌。上圖是 Duke 大學在 2006 年用微波的隱形展示,上面的圖當中有一圓形物微波順其邊緣轉向,有如隱形,下面的圖則沒有圓形物,作為對照,可點選放大。
目前的隱形材料,僅能在微波頻率運作,可以圍繞物件進行,距可見光還有一段距離,還不能讓我們的眼睛看到隱形效果。以前用可見光的波長實驗,能運作的範圍僅有紅光,不能把物件隱形,所以 Smith 教授重新設計了隱形材料:50 x 10 公分的一塊版子,用 600 個 I 形狀的銅結構組成(如圖、點選放大),在製作上雖然並非難事,難在決定每一個銅結構的大小,以及如何排列,才能產生期望的效果,而成為非常複雜費時的模擬運算。
讓光線不走直線,實際上違反了基本的物理原則,要光線的改變進行的方向,與進階材料各個結構的大小、形狀、以及方位有直接關連,英國 Li 與 Pandry 兩教授的理論,敘述了隱形材料對光線需有電的反應、但不能有磁的反應,卻未詳細解說如何落實製作,因為確實非常複雜。但中國東南大學的科學家們,發展出一套新的運算邏輯,使得 Duke 大學製作隱形材料的速度大為提高,應可進一步找出特殊形狀、能與光線互動的隱形材料,使隱形成真。
東南大學這一運算邏輯,加速了的進階材料多種用途的研發,像是與隱形相反的把光線集中,增強光線的能量,可以把太陽全部幅度的能量集中給太陽電池。同理可以用來製作寬頻的超級鏡頭,來收取一般鏡頭採集不到的能源,可以使醫療攝影幅有革命性的進展。當然,最終的目標還是放在可見光的控制上,Pendry 教授很有信心,說沒有不能解決的障礙,讓隱形在可見光的頻率運作,Duke 等大學的研究讓這一目標更近一步。
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