什麼是「快速光介質」隱身斗篷─科技與智慧（19）

作者：陳華夫

據媒體2020/12/14日報導：「韓國研究人員確實為士兵設計一種人造「隱形皮膚」，通過模仿士兵在戰場上的外部環境，能使士兵隱形。」並以圖片襯托，「想像一下，印度在『拉達克』邊界部署士兵，可以『隱形』數小時，同時守衛前線陣地。印度軍隊與中國軍隊在那裡目前處對峙狀態。」但所謂韓國研究的「人造皮膚」使士兵具有隱形能力，而不被熱像儀檢測到，指的是在2020/7/14日所發表在《高級功能材料》雜誌上的文章：「Thermally Controlled, Active Imperceptible Artificial Skin in Visible-to-Infrared Range」（熱控制，主動感知的人工可見光範圍內的皮膚），它侷限在研究了「隱身科技」中的主動偽裝（Active camouflage）。例如隱形飛機及隱形船艦使用吸收雷達的深色塗料，光學偽裝，冷卻外表面以最小化電磁輻射（通常是紅外線）或其他技術以最小化其他電磁輻射，並最大程度地減少了物體的顆粒排放，或使用某些設備來干擾和混淆遙感設。（解析隱形飛機F-22和F-35的隱形塗層，請看拙文美中軍民用飛機製造工業的爭霸錄─美中經濟（28））

本文介紹「隱形斗篷」及「超寬帶3D隱身衣」的原理及應用：

通常，人們看見物體是因為物體周圍的光，打到物體上，再反射到眼睛裡，而「被」看，若用一般的「斗篷」覆蓋到物體上，就應該看到「斗篷」。但「隱形斗篷」卻不一樣，「隱形斗篷」是在三個維度（3D）上，完全覆蓋觀察者的物體，並且有效的將周圍的「可見光譜」範圍內之「入射散頻波束」，在「隱形斗篷」的超材料中，導引繞過「被隱形的物件」，而不產生「被」眼睛看到的反射光，，如下圖：

從技術上講，要隨意彎曲或馴化折射「入射散頻波束」，而將物體完全隱藏，極為困難，但在2006年左右，科技有了突破，科學家使用適當設計的塗層，在非常窄的“顏色”帶寬上，可以成功的隱形物體。至於，「超寬帶3D隱身」要等到2019年，由希臘國立雅典大學和卡波迪斯安大學物理系助理教授科斯馬斯·L·扎科瑪基迪斯（Kosmas L. Tsakmakidis）領導的國際科學家團隊，在著名的科學期刊《自然通訊》（Nature Communications）所發表的Ultrabroadband 3D invisibility with fast-light cloaks（超寬帶3D隱身與快速光介質之斗篷）。

這個「快速光介質之斗篷」是使用「快速光介質」製成的斗篷，這些斗篷被稱為「速動式斗篷」（tachyonic cloak），其中波群速度 Vg 大於真空中的光速 c ，其示意圖如下：

在這種「速動式斗篷」的超材料中，條件「 Vg > c 」並不違反「相對論」的「因果關係」（causality或causation），這不是因為波群速度 Vg 在「分散」（Dispersion）和「吸收」（Absorption）的情況下失去了意義，而是因為「波前速度」或信號前速度（入射脈衝中“接通”不連續性傳播的速度）恰好等於光速 c。換句話說，根據因果關係，儘管 「 Vg > c 」，但是包含突然的（“令人驚訝的”）開啟信息（不連續性）的信號速度並不是超光速的。

「快速光介質」是一種超材料，不僅可應用在隱形斗篷，也可與轉換光學器件結合導致各種微波領域的應用，例如，頻率選擇性表面（FSS），天線罩等。據西方媒體報導，中國在「超材料」技術中獲得突破性進展，若將這些材料和技術運用在戰機上，殲-10和殲-16戰機，也將具備隱形能力，而本身就有隱形能力的殲-20戰機在使用該材料後，機身的隱形性能更能位列前茅，有機會和美國戰機相抗。（見陸研發超材料 殲-20隱形力升級）

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