隱身究竟可不可行?如何把它變成現實?如果你掌握這門技術會用來幹嘛呢?

2022/05/04閱讀時間約 3 分鐘
從幻想、神話再到科幻小說,“隱身”成了一些科幻迷的夢想。雖然《星際迷航》將隱身裝置的想法帶入了大眾意識,而《哈利·波特》中的隱形斗篷更是讓“隱身”如我們幻想的那般呈現在螢幕中。那麼,以我們現有的技術,可以實現“隱身”嗎?事實上,我們最可能實現隱形的方式是通過“技術”的發展,這種技術只能在比人眼感知的波長更長的波長下才能提供有效的隱形。
▲由於超材料、納米透鏡和轉換光學技術的綜合進步,使物體周圍的光彎曲並顯示背景、來自任何角度和距離的入射光的能力可能成為現實。
雷達的不可見性,即微波到無線電波長的電磁輻射,可能是第一步。而超材料的最新發展進一步擴展了這一點,將光線彎曲到物體周圍並使其無法被檢測到。2018年1月1日,《自然》發表了一篇名為《一種用於在可見光中聚焦和成像的寬頻消色差元透鏡》的文章,文中被稱為“寬頻消色差元透鏡”的新型材料可以使一個物體在整個可見光譜中都無法檢測到。通過它我們就可以實現一個可見光隱形裝置。
在過去的二十年裏,一種被稱為超材料的物質的特殊多層塗層被開發出來,使某些特定波長的電磁輻射能夠在物體周圍自由通過。這與透光性不同,透光性是透過材料。超材料的結構將光線引導到物體周圍,使其不受干擾地朝其進入的方向發射。
變換光學(transformation optics)是一種人工變換電磁場的新興理論。傳統光學研究折射率的變化如何影響光的傳播路徑。變換光學則通過設計各種材料的屬性來實現特定光路。為了使用“隱身斗篷”隱藏物體,人們可以設計特定光路來引導光,然後使用變換光學設計形成此光路所需的超材料。即人們可以根據需要創建一個可變換的電磁場,如果磁場結構設計得當,並對入射光的彎曲進行控制,磁場內物體可以在特定波長下隱身。
▲十多年前,第一個 2D 斗篷被開發出來,從特定角度觀察時可以隱藏物體。今天,我們正在努力打造真正的 3D 斗篷。
據作者介紹,“寬頻消色差元透鏡”的關鍵就是鈦基納米鰭的應用。根據入射光的波長,這些納米鰭將引導光穿過材料的不同部分,使光實現精確彎曲,可將整個可見光譜,包括白光(所有光譜顏色的組合)聚焦於同一點並消除色差。
▲將整個光譜的光聚焦在一個點上,從而消除色差
目前,構建現實中的隱形斗篷面臨的最大挑戰是結合多種波長,因為斗篷的材料必須從點到點變化,以適當地彎曲(然後不彎曲)光,我們還不能用斗篷穿透光譜的可見光部分。然而,超透鏡最新進展似乎表明,如果能在單一、窄的波長上做到這一點,那麼就可以應用這種納米鰭技術來極大地擴展所覆蓋的波長,從而將物體周圍來自任何角度和距離的入射光被彎曲,並顯示物體背景,這意味著可見光隱身、三維隱身斗篷或將成為現實。
▲如果成功應用超透鏡最新進展,將斗篷擴展到光譜的可見光部分,就可實現“隱身斗篷”
今天,超透鏡技術的進步,預示著真正的隱形裝置的到來。正如《星際迷航》最初設想的那樣,隱身技術需要幾個世紀才能完善。在地球上,它可能只需要十年或兩年。如果這種最新的超透鏡技術能夠迅速應用於超材料斗篷,那麼光學斗篷(“隱身斗篷”)可能最終在人類不久的將來成為現實。
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