近日,在北京举办的“bilibili 超级科学晚”活动中,中国科学院院士褚君浩介绍了“多种光学隐身方法的效果测试”,并展示了利用特殊材料实现的现实版“隐身术”。

在活动中,褚君浩院士请工作人员手持一块特殊材料制作的面板,一开始还能看到站在面板后面的褚君浩院士的下半身。

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但工作人员将面板旋转90°后,神奇的一幕发生了,只见面板后面的褚君浩院士下半身直接“消失不见”了,透过面板观众可以直接看到后面的舞台图案。

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对于“隐身术”背后的科学原理,褚君浩院士解释称,这块实现“隐身”效果的面板本质上是一种柱镜光栅材料,组成它的是一排排微小的圆柱状凸透镜,物体反射的光线经过这些凸透镜可以产生规律的折射,大量的圆柱状凸透镜被编制成光栅后,会产生若干个非常细的成像,从而使视觉上达到“隐身”效果。

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在现实生活中,我们经常了解到的隐身其实本质上一种伪装,比如自然界中的拟态现象,或者军事上的迷彩伪装。

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一只叶尾壁虎

通常情况下隐身要满足两个条件,一是要完全透明,二是要与周围介质的折光率相同或相近。完全透明容易理解,但是折光率相同是什么意思呢?我们知道玻璃是一种非常透明的物质,但是为什么我们还是可以轻而易举地看到玻璃的存在呢,主要是因为空气的折光率约为1,而玻璃的折光率大约为1.5,我们很容易在空气背景下发现玻璃的存在。但如果把玻璃放入油中,则玻璃很容易实现隐身,这是因为油的折光率大约为1.4,和玻璃较为接近。

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但是现实世界中的大部分物体都不是透明的,那该如何实现隐身呢?我们知道人类的眼睛之所以能看到物体,是因为物体反射的光线进入了我们的眼睛。按照这个思路,只要光都被吸收了或者背景发出的光绕过被观测物体,就能实现隐身。

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光的本质是电磁波,目前已知的能把所有光都吸收的物质就是黑洞了,因此黑洞对于我们来说是隐身的。除此之外,我们常常听说的隐身飞机其实也是基于这一原理,比如J-20的外形布局和隐身涂层能有效折射和吸收雷达发出的电磁波,从而实现对雷达的隐身。

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但是这个办法对于人类来说就不好使了,因为人眼能吸收的是多种频率电磁波组成的可见光,因此就需要考虑让背景光线绕过物体实现“隐身”。比如我们把所观测的物体背景拍摄下来,然后将照片或者视频放到物体前面,一定意义上这个物体就是隐身了。但是这种隐身办法目前来看还比较“拙劣”,通常人们只能在特定的位置才能观看到“隐身”现象。

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隐身汽车

在本次活动中,褚君浩院士展示的隐身原理,本质上也是通过折射改变光线的传播路径,从而实现一定范围的隐身。那么国外有相关的技术吗?其实在2019年期间,加拿大一家名为Hyperstealth的公司开发过类似的产品,在原理上它也是通过弯曲光线,把“隐形”背后的物品折射出去,制造出隐身效果。据说该材料还能实现红外线、紫外线和热光谱中的“隐身”,但也并非十全十美,如果要隐藏的物体离它太近、太远或是太长,也会使其无法做到完全隐形。

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