“隐形衣”与新材料

窦光宇

“隐形衣”一直是科幻小说或电影惯用的巧妙构思。如今，随着科学技术的不断发展，各种隐形技术和隐形材料层出不穷，促使各种“隐形衣”从实验室走上应用舞台，逐渐深入人类社会的各个领域。

形形色色的隐形衣

现在已经和正在开发研制的隐形衣，归结起来大致有如下类型。

1.反可见光隐形衣

此类隐形衣印有与大自然主色调一致的6种颜色构成的变形图案。这些图案是经过计算机对大量丛林、沙漠、岩石等复杂环境进行统计分析后模拟出来的。其色彩的种类、色调、亮度、对光谱的反射性能以及各种色彩的面积分布比例都经过精确计算，可使着装者的轮廓产生变形，从近距离上看是明暗反差较大的迷彩；从远处看，其细碎的图案与周围环境完全融合，即使目标运动也不易被发现。

2.变色隐形衣

变色隐形衣是用由光敏变色物质处理过的化纤布制成的，也可用光敏染料染在普通布料上制成。不论是在绿色的丛林、黄色的沙滩、蓝色的海洋还是白雪皑皑的原野，隐形衣都会根据周围环境的变化而自动改变颜色而不易使着装者暴露自己。

3.透明隐形衣

美国科学家研制出一种神奇的隐形衣。将其放在物体外面，该物体将会从人的眼前完全“消失”。其基本原理是，通过“化解”光线在物体表面产生的反射，使肉眼难以观察到。这种隐形衣完全不需要依赖任何其他的外围设备，比如天线或计算机网络等，只要在物体表面涂上这种具有“隐形罩”功能的物质，无论从哪个方向和角度观察这一“隐形”物体，它都不会露出马脚。无独有偶，日本科学家也研发出一种神奇的“透明服”，可以从人前看到人后的一切，从而达到“视而不见”的隐形效果。其原理是利用透明服后的摄像机把影像传送并映射到前面具有反光功能的衣服表面，使人能够看到着装者背后的影像，如同着装人是“透明”的一样。

4.激光隐形衣

英国研究人员正在研发利用激光改变物质感光的模式来实现隐形。在正常情况下，光同物质发生作用时，物质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”，是量子物理学的一种推论。科研人员在实验时，使用的是一个红外线激光器和一块晶体片。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。不过，激光隐形需要大量不同波长的激光，数百万瓦的功率，所需能耗很大。

关键在于新材料

人之所以能够看到物体，是因为物体阻挡了光波通过。如果有一种覆盖在物体表面的材料，能够引导被物体阻挡的光线“绕道行走”，那么在观察者看来，物体就变得“不存在”了，从而实现视觉隐形。由此看来，隐形技术的原理就是改变电磁波在各种材料中的折射率，使它们不再反射光波。完美的隐形，既不反射电磁波，也不吸收电磁波，而是让电磁波绕着物体走。

然而，电磁波是多种频率波动的集合体。目前，隐形技术还只能实现在某一个频段上隐形，而躲不过多频段电磁波的探测。例如，人的眼睛见不到的隐形部分，虽然在光波频率范围内实现了隐形，但用其他频段的电磁波仍然可以探测到。同样道理，能逃过雷达监测的隐形飞机却用肉眼可见，在光频下并没有隐形。

足够的实例表明，物质的结构可以影响它的外观形状和颜色。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，恰恰是来自于光线的反射作用，给它带来了令人喜爱的颜色。早在20世纪70年代，一些科学家便开始运用这种原理来制造可以躲过雷达跟踪的隐形飞机。他们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，所以实用意义并不高。随后，研究人员又合成出具有负折射率的材料，试图利用材料特殊的光学特性使光弯曲，但结果也不理想。这些材料均存在一定的局限性，比如，有的只能使微波（波长为1毫米至1米）光线弯曲，而这个波长对人眼来说原本就不可见。还有的则只能使光线实现二维弯曲，而不是完全隐形，实用意义也不大。

2006年，美国一个研究小组在《科学》杂志上发表论文，宣称一个好的隐形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，这正是超级材料所发挥的作用。科学家还举例说明现代隐形飞机之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。因此，只要制造出性能合适的材料，实用的“隐形衣”便可以问世了。

不断推出新成果

2007年6月，美国杜克大学科学家宣布，他们研制的“隐形衣”可以成功地让一个面积为5平方英寸的物体避过微波探测。这种“隐形衣”的外形如同一条黄色浴巾，由数以千计的类似人造玻璃纤维的“超级材料”组成。这些材料可以“抓住”微波并改变其方向，当微波射到披有隐身材料的物体时，微波就会绕过去，整个过程就像水流经过一块圆滑的岩石面发生分流一样。

美国加利福尼亚大学伯克利分校科研小组开发出的新型材料，在纳米尺度上可以使三维空间内的可见光弯曲。也就是说，照射在这种材料上的可见光不会像正常情况下那样偏折，人眼也就无法“看到”它。研究人员表示，虽然目前他们只是在纳米尺度上实现了“隐形”，但从理论上讲，同样的原理在正常尺度下也应该能够实现。到那时，科幻世界中的“隐形衣”就会成为现实。

一个德国和英国研究人员组成的小组，制造出一种可弯曲光波的新材料，覆盖在黄金表面的微小凸起上，可制造出让凸起消失的视觉假象。不过，这片隐形斗篷很小，仅高约0.000102厘米，宽约0.000127厘米。之前的隐形斗篷只发展到2D阶段，换个角度看，看似隐形的物体就会露出马脚。而这片极其微小的3D隐形斗篷，可让物体从各种角度看起来都仿佛消失不见。研究人员乐观估计，较大尺寸的隐形斗篷，很可能在10年内就能问世。

“等离子体”新技术

俄罗斯科学家开发出性能优异的等离子体隐形技术。物体被等离子体发生器遮蔽后，雷达便很难发现它们。从飞机到汽车等任何移动的物体，都可以大幅降低自身的“可见度”。

自然界中的物质除了可以呈现固态、液态、气态之外，还可以呈现等离子态。这是气体经过电离后呈现的第四种物态，而呈现这种状态的物质则被称为等离子体。等离子体在宇宙空间存在很多，远比人们熟悉的固体、液体、气体更为普遍。等离子体一般可分为高温和低温两大类。高温等离子体是用极高的温度使气体迅速离解而生成的等离子体，温度可以达到摄氏几千度到上亿度；低温等离子体是气体在电场力的作用下获得能量而被电离的，温度可以是常温，也可以达到摄氏几千度。

目前，美国和俄罗斯都在研究设立等离子体屏障，而他们采取的方法则不相同。美国的隐形技术基于使雷达向不同方向反射。而俄罗斯的等离子体屏障则是通过吸收无线电波的能量的方法，使飞机不容易被雷达发现。举个例子来说：对着墙打球，球就会弹回；如果墙上有方向不同的棱角，那么球就会弹向四面八方，而不是弹回原处；如果用柔软的材料覆盖墙面，然后朝墙上击球，球就会失去反弹力，落在墙边。同样道理，如果雷达信号从飞机上反射回来，并被天线捕捉到，飞机就暴露了。而采取措施使雷达反射信号向各处分散或被吸收，飞机就可以被隐蔽起来，从而达到隐身目的。俄罗斯研制出的等离子体发生器，最大的优点是体积小、重量轻，可以安装在各种移动的物体上，让老式装备也能具备隐身性能。即使是最古老廉价的战机在装备了这一设备后，隐形性能也会远远超过美国的F-117隐形战斗机与B-2隐形轰炸机，表现出了更优异的性能。