“漁網(wǎng)”形隱形材料結構示意圖。美國加州大學伯克利分校研究人員研制的“漁網(wǎng)”形隱形材料。這種材料可以在接近紅外線的范圍內(nèi)，使光線產(chǎn)生負折射，從而讓物體遁形。（來源：光明日報）

在風靡全球的暢銷小說《哈利·波特》中，主人公哈利·波特每次遇到緊急情況，都會披上一件“隱形斗篷”，瞬間遁形，羨煞無數(shù)讀者和觀眾，他們還將這件隱形斗篷選為“最想要擁有”的魔法寶物。最近，美國杜克大學的研究小組揭開了一款現(xiàn)實版隱形斗篷的神秘面紗，他們利用新款隱形斗篷實現(xiàn)了物體的完美遁形——實驗中，他們成功讓一個幾厘米的圓柱體在微波環(huán)境下實現(xiàn)隱形。這個發(fā)現(xiàn)也許會讓隱形斗篷這種原本僅存在于科幻小說和電影中的神奇魔法，出現(xiàn)在真實世界中。

扭曲光線實現(xiàn)視覺隱形

隱形斗篷利用的是光學折射原理——人類之所以能看到形形色色的物體，是因為光線投射在這些物體上，再反射映入眼睛。而隱形斗篷的材質(zhì)能擾亂光線和物體之間的折射，從而達到物體隱形的效果。

早在2008年，美國加州大學伯克利分校材料科學部首席研究員和納米科學工程研究中心主任張翔就帶領他的研究團隊，利用硅納米原料制造出了一種隱形斗篷。在這種隱形斗篷的覆蓋下，普通的光學檢測無法發(fā)現(xiàn)放在斗篷下的物品。

張翔的團隊發(fā)現(xiàn)，復合材料具備隱身功能的重點在于其特殊的結構——他們用銀、鎂這些常見金屬的氟化物構成網(wǎng)狀材料，再將多孔氧化鋁生成的納米銀線穿插在其中，這樣形成的復合材料會改變光線的方向。這也是天然物質(zhì)不可能具備的特性。

盡管美軍也研制了隱形戰(zhàn)機，但它表面的復合金屬只能在無線電波中隱形，并非在視覺上看不見，而張翔的研究團隊研制隱身斗篷所采用的絕緣材料則是透明的，這就有可能在視覺上隱形。

2010年，英國和德國研究人員創(chuàng)造出了第一片極其微小的隱形斗篷。這個斗篷可彎曲光波，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，較大尺寸的哈利·波特隱形斗篷，可能10年內(nèi)就能成真，這使得擁有一襲哈利·波特式隱形斗篷的夢想不再遙不可及。

英、德兩國的研究人員用結構如同木材堆的光子晶體制造出一種可彎曲光波的新材料。這種材料覆蓋在黃金表面的微小凸起上時，可制造讓凸起消失的視覺假象。不過這片隱形斗篷很小，僅長約0.000102厘米，寬約0.000127厘米。
“這就像把一小塊物品藏在毯子下，只不過這個毯子也消失不見。”這項計劃的研究人員尼古拉斯·斯坦格說，蓋上這塊隱形斗篷后，“我們通過鏡頭觀察并用光譜學分析，不論從哪個角度看，都看不到東西，這個凸起消失不見。”這項計劃的主持人托爾嘎·艾爾金表示，用這項技術使大件物體隱形，沒理由做不到。

“漁網(wǎng)”形隱形材料電子顯微鏡掃描圖片。（來源：光明日報）

三維隱形讓物體遁形

許多早期隱形斗篷僅能讓物體在肉眼看不到的光所屬的波長范圍內(nèi)遁形，而其他類似技術也只能隱藏微小物體。2011年，美國與新加坡科學家組成的一個研究小組在隱形斗篷的研制上邁出了新的一步。由美國麻省理工學院與新加坡—麻省理工學院科研中心的科學家聯(lián)合研制的新產(chǎn)品在可見光下也能遁形，還可以使肉眼能看到的相對大的物體消失于無形。

這套隱形斗篷是用價格低廉、容易獲得的方解石晶體以特定配置組合而成。方解石是一種具有高度各向異性的物質(zhì)，也就是說，利用兩塊不同的方解石，研究人員便可以將光折射到置于兩塊方解石晶體之間的固體周圍。

麻省理工學院的喬治·巴巴斯塔蒂斯參與研制了這款系統(tǒng)。他說：“這種情況下組裝的方解石晶體之間存在楔形空隙。按照我們的構想，無論你將什么東西放在這個空隙下面，從外面都看不到。”不過，這種隱形斗篷仍存在許多缺陷，例如，它只有在綠光下性能才最佳，這是因為方解石僅能折射有限范圍波長的光，同時人眼對綠色最為敏感。

巴巴斯塔蒂斯介紹說，這款隱形斗篷，只有從某個方向去看被藏起的物體時，隱形效果才能奏效，從另一個方向看，這個物體則會“露出廬山真面目”，而且這套系統(tǒng)只能隱藏可以放到方解石楔形空隙下面的物體，而這個空隙只有2毫米高。因此，要想藏起更大的物體，就需要更大塊的方解石。巴巴斯塔蒂斯相信，不久之后，他的團隊或其他研究團隊就會研制出真正的三維隱形斗篷。

對于這套系統(tǒng)的用途，巴巴斯塔蒂斯充滿信心，他認為至少可以先用在波士頓的交通系統(tǒng)中——“我是波士頓人，在那里，許多街道的交叉口都非常復雜，你會對紅綠燈是為哪些人開著充滿困惑。如果采用當前的隱形技術，你就可以令司機看不到某些燈，這樣他們就不會感到困惑。”

“漁網(wǎng)”形隱形材料電子顯微鏡掃描剖面圖。（來源：光明日報）

在熱量中隱形

目前，隱形領域的進步都是基于光學的基本原理，其關鍵在于用特殊材料使光發(fā)生彎曲，從而讓光繞過某個空間傳播。有鑒于此，埃克斯—馬賽大學和法國國家科學研究中心的聯(lián)合研究員塞巴斯蒂安·古納佑領導的團隊決定弄清楚同樣的方法是否能用于熱擴散。他們的研究結果證實，利用光隱形斗篷技術的很多原理，能夠研制讓物體對熱隱身或?qū)峒杏谀骋粎^(qū)域的“熱隱形斗篷”。

古納佑說：“這項研究希望能采用聲波和光波領域已經(jīng)取得成功的隱形方法，控制熱的擴散。”不過，盡管這項技術的基本原理與光學隱形斗篷類似，但還是有區(qū)別——隱形斗篷研究以改變波的軌跡為目的，包括光波和聲波等，但熱學領域與波領域的最大區(qū)別是，熱學包含的物理現(xiàn)象是擴散而不是波的傳播。

為了制造出熱隱形斗篷，古納佑和同事將光學的物理原理應用到熱擴散的方程式中。他們發(fā)現(xiàn)，熱隱形斗篷技術可以實現(xiàn)。在他們的方法中，熱量從溫度高的物體擴散向溫度低的物體，通過空間任何區(qū)域的熱量大小用等溫線之間的距離表示。古納佑和同事修改了等溫線的幾何形狀，使等溫線不通過循環(huán)區(qū)域就能到達熱量擴散的目的地。這樣，在目的地的物體就實現(xiàn)了對熱隱形。古納佑說：“我們設計出的這個斗篷能讓某一區(qū)域?qū)犭[形，或迫使熱集中于一個小區(qū)域，接著快速加熱該區(qū)域。”

最新的熱隱形斗篷技術可以應用于很多方面。例如，可以防止納米電子和微電子設備過熱——這是電子和半導體工業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)之一。大型計算機和航空航天領域也有望從中受益。而讓熱量集中的特點，可以在太陽能工業(yè)中找到用武之地。

無論是科學家，還是哈利·波特迷，都希望擁有哈利·波特一樣的隱形斗篷。科學家們也正在試圖接近這一夢想，不過，研發(fā)隱形斗篷面臨很多挑戰(zhàn)，目前還很難做到完全不反射光線。而且，由于現(xiàn)階段技術還不夠成熟，隱形斗篷想要用在較大的物體上，還得耐心等上幾年。