學會這三招「隱身術」,你也能成為哈利·波特

2020-11-22 騰訊網

撰文/陳鯤（中國科學院物理研究所）

本文節選自《知識就是力量》雜誌

小夥伴們都看過《哈利·波特》吧？

那你一定知道隱！身！鬥！篷！

穿上它就能隱形，神奇又魔幻。

當年知力君可是被這一超能力迷得不要不要的~

那時候就在想——

如果能擁有一件隱身衣那該多好！

從秦漢方士的隱身術，到哈利·波特的隱身鬥篷，

從幻想魔術到電影情節，人類對於「隱身」有無限的想像與渴望。

雖然我們沒有魔法，但我們有科學啊！

而且隱身材料在生活中並不少見，

我們甚至可以在家裡製作隱身衣，實現隱身。

在了解「隱身術」之前，

首先來了解一下我們是如何看到物體的。

當物體表面散射空間中的光進入人眼，在視網膜上形成圖像時，我們便看見了物體，而「隱身術」與此息息相關。

根據隱身原理，

大致可將「隱身術」分為三種。

01

使物體散射的光與背景相同。

在這種情況下，我們其實看到了物體，只是無法將物體與背景區別開。這種隱身現象大多發生在自然界，是生物進行捕食與自我保護的重要方法。比如葉蟲，它的表面對光的散射與樹葉相同，使得它們在一堆樹葉中很難被察覺，從而躲過外界的攻擊。

葉蟲與樹葉極為相似的形態可以幫助其躲避鳥類的捕殺

另外，在實際作戰中，軍人也會通過與環境散射相同光的迷彩服來躲避敵人的偵察。這種「隱身術」一旦換了環境便會失效，但變色龍、章魚等生物卻例外，這是因為它們具有適應性的「隱身術」，可以根據背景環境調節自身對光的散射，從而實現多方位的隱身，但局限於當前的技術手段，這種動態適應的「隱身術」尚未在軍事中實現。

變色龍棲息在樹枝上

02

通過使物體發出的光完全被吸收或者讓散射光散射到其他地方而不進入人眼或者探測器。

我們平常所謂的隱形戰機就是通過這種方法實現隱身的。探測雷達向各個方向發射探測雷達波，如果空中存在一架戰機，則一部分散射波會返回探測器，從而發現戰機。如果改變戰機外形或者在戰機表面塗抹吸收光的材料，使散射波無法返回探測器，那麼雷達便無法發現戰機，戰機就實現了隱身。

散射波無法返回雷達探測器，戰機實現隱身

然而，一旦在戰機周圍放置多個探測雷達，甚至利用衛星聯合探測時，隱形戰機便會由於散射波被其他探測器探測到或吸收了探測波，阻礙雷達間的信號傳遞而被探測到。這種情況下，隱形戰機就會隱身失敗。

03

讓探測光繞過需要隱身的物體實現隱身

2006年，美國科學家利用超材料實現了微波頻段的隱身，然而這一方法對材料的電磁參數要求非常嚴格，技術還有待提高。

2016年，中國科學家利用金屬與塑料複合構造新型人工電磁材料，這種材料的等效電磁參數與空氣完全相同，因此無法發生任何散射，可以視為自隱身材料。這種材料相當於特定波長範圍內的人造空氣，對於特定波長範圍可以實現全方位隱身，但要求整個物體必須全部由這種材料構成，不能摻雜其他物質。這種自隱身材料可以用在電梯、牆壁等地方。隨著相關技術的不斷提高，未來，這種材料在軍用、民用方面的應用潛力巨大。

超材料隱身仿真：電磁波可以經過這種超材料裝置並繞開中心區域，儘管波形上有所波動，但仍然較為完整

此外，利用現代計算機的視頻處理能力，Wow Stuff公司通過在手機軟體裡內置綠色摳圖，再貼上背景的方式，在手機裡完美還原了電影中的隱身效果。國內一些聲稱做出隱身衣特效的，一般也是採用這種方式。感興趣的朋友不妨利用這種方法，自己找一塊綠布，體驗一下如何隱身。

動手做一做

下圖是一種在家裡就可以做的隱身裝置，4面鏡子如圖放置，儘可能做到相鄰的垂直，不相鄰的平行，鏡面相對。光線通過鏡子時，經過4次反射繞開了三角區域，實現了三角區域的隱身。

隱身裝置和隱身原理示意圖

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