美国科学家揭开隐身衣的隐身之谜

2007-07-03 21:13:28 来源: 科技日报 举报
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就在几周前,美国杜克大学科学家们揭开了“隐身斗篷”的神秘面纱。披着这件斗篷,人们便无法看见隐者,甚至连一个只有5平方英寸大的物体也能轻松避过微波的探测,使只有在电视或小说里看到的神奇情景变为现实。

最近,科学家们找到了使物体周围光线弯曲以达到隐形效果的办法。这一技术关键在于所谓的“超材料”的合成。这种特异合成物的特性是由物质结构而非化学成分决定的。伦敦帝国学院的研究人员亨利·彭德利教授说,我们并非是从分子的角度而是超分子的角度考虑这个问题,通过制造这种纳米级别的超材料,就可以改变它们与光相互作用的方式。

隐身衣并非天方夜谭

美国杜克大学科学家在几周前宣布,他们揭开了“隐身衣”的神秘面纱,成功地让一个面积为5平方英寸的物体避过了微波探测。这一隐形技术是通过将物体包裹在一种“超颖物质”中实现的,这种物质能改变微波的方向,使之绕过该物体。杜克大学研究人员表示,他们希望能够开发出可以躲过其他类型的电磁辐射隐形衣,让外裹隐形衣的区域甚至能够躲过可见光。杜克大学博士后戴维介绍说,微波的运动就像水流平稳地流过一个光滑的石头表面一样。超颖物质引导光线绕过物体表面,形成了一个空洞,因此光线就接触不到或者说看不到这个空洞里面的物体。杜克大学工程师指出,非均匀复合材料的电磁特性都可以产生一种折射率可变的物质,阻挡电磁波进入某个区域,从而实现隐形。射到隐形衣的光线流过隐藏的物体,继续向另外的方向传播。因此,隐形衣既不会反射光线,也不会产生影子。这次所展示的隐形衣采用了一排铜环和铜线,覆于玻璃纤维复合材料上。这些同心同面的环通过铜器件形状的变化,将微波辐射光引导开来,绕过隐形衣的区域。

有这样一则流传很广的老故事,讲述的是第二次世界大战打得如火如荼的时候,美国海军实施了一项使军舰隐形的秘密计划。故事中说,科学家在美国艾尔德里奇号驱逐舰上安装了一种特殊装备,据说依据的原理是爱因斯坦的“磁场可以引起光线弯曲”的理论。为此,1943年10月科学家在费城进行了一场决定性的试验:使军舰周围的光线弯曲,达到使军舰隐形的效果———结果给舰上人员带来了可怕后果,一些水兵精神失常了,另一些则消失得无影无踪。

这个有关费城试验的荒诞故事后来成为一本畅销书并被拍成了电影。尽管这一荒诞离奇的故事经不起推敲和仔细的调查,但仍被某些人认为是真实的。然而艾尔德里奇军舰上的人员却没有一位站出来证明它的真实性,实际上故事中提到的实验发生的时候,艾尔德里奇号驱逐舰正停泊在巴哈马,爱因斯坦的研究工作也并未证实光线可以这样发生弯曲。

关键在于隐身衣的材料

彭德利小组正在研究是否可以通过给一件物体上裹上一件超材料制作的“斗篷”,使其隐形。这件斗篷所用材料的结构经过了特别加工,能够捕捉到上面的光线,并调整这件物体周围光线的方向。由于没有光线能从这件物体反射出来,它就成功地消失了。彭德利认为利用该技术,很快就能生产出他构想的“隐形斗篷”。

听上去让人难以置信,但是今天有足够的实例表明,一种物质的结构可以影响它看上去的样子。例如,产于南美洲的大闪蝶鲜艳的蓝翅膀上并不含任何色素,它的颜色来自于光线的反射作用。

早在上世纪70年代,科学家就已在努力运用这种技术以制造可以躲过雷达跟踪的隐形飞机。根据该原理,将飞机外壳的反射层分开几厘米,那么从一层上反射的雷达电波就将被另一层上反射来的电波所抵消。然而,这种效果只对一种波长起作用,结果证明并不实用。

现代隐形飞机之所以能躲过雷达的跟踪,是因为使用了一种特殊的含有金属粒子的涂层,以吸收雷达发射出的能量。这些金属粒子发挥着“天线”的作用。彭德利说,使用反雷达敷层材料就好比将某些东西涂成黑色。从这个物体上你得不到任何雷达回波,但你却可以发现空洞在那里。一个隐形的好办法将是转移一个物体周围的雷达波和光波,从而隐去它存在的任何迹象。这正是超材料所发挥的作用。彭德利领导的小组已经展示了使尘埃微粒突然隐去的技术。

他预测那种使较大物体隐形的光学超材料在未来5年到10年就可以上市。他们将由嵌入非金属基片的金属构成,这样从微观上看它们或许像嵌在塑料中的微型天线,这种天线仿效的是原子在物质中发挥的作用。原子发挥着微小电偶极子的作用,改变了经过它们附近的电磁波,如光线的性能。

隐身衣如何让隐者来去无踪?

美国杜克大学科学家在几周前揭开“隐身斗篷”面纱:披着斗篷之所以能隐身,是因为构成斗篷的“超颖物质”实现的,这种物质能改变微波的方向,使之绕过该物体。其实,科学家们早在上世纪70年代就已努力运用这种技术制造可以躲过雷达跟踪的隐形飞机,使隐形技术随着时间的推移而日臻成熟。

采用激光实现隐形

伦敦帝国学院的研究人员彭德利并不是唯一在研究如何使物体隐形的人,如果说他正在研发的是一种神奇的“斗篷”,那么他的同事克里斯?菲利普斯教授正在研发的就相当于是“魔棒”。他利用一种激光来改变物质感光的模式。

在正常情况下,当光同一个物质发生作用时,其原子只吸收一定波长的光子。然而,当所谓的“耦合激光”的光束射向一件物体时,就可以对原子产生影响,阻止其与这种波长光的相互作用。这就是著名的“相干虚激发”,是量子物理学的一种推论。

甚至连爱因斯坦对这种作用也抱有怀疑,但是它得到了验证。菲利普斯说,我必须告诉人们这是真的,之所以这样认为,是因为我们在实验室对这一切进行了成功的演示。演示所使用的是一个红外线激光器和一片晶体。当激光打到这片晶体上时,直接穿过晶体没有任何反射和折射,也没有被吸收。其虚激发的原子没有与光发生作用,并且从任何一个角度都看不见它。

激光可以使一小片晶体隐形,使一个人隐形会怎么样呢?菲利普斯说,我们已经证明这是可能的。虽然他承认困难很大,需要大量不同波长的激光,数百万瓦的功率。这一技术要解决的问题是如何能将如此多的能量集中针对一个人。

隐形主要用于军事

隐形技术的实际应用首先将会是在军事方面,这一点不足为奇。这一领域大量的早期研究工作得到了美国国防部高级研究计划局的支持,彭德利已与许多国家的政府和军事组织讨论过他的研究成果。

隐形技术的发展得益于美军全球进攻战略的需要。美国是当今世界上研究隐形技术起步较早和投资最多的国家,近几年,隐形技术有了长足发展,有关国家对这种技术都实行了高度保密。在由战斗机、防空导弹和高炮组成的现代防空网的面前,即使依靠软硬杀伤的共同努力,执行进攻任务的常规战斗机也无法保证自己的损失在可以接受的范围内,因此,出于全面提高战斗机作战效能和生存率的考虑,美国发展了隐形飞机。采用什么技术能让飞机具有隐形效果呢?一般来说有4种办法。一是在飞机上涂一层能吸收电磁波的涂层。雷达发出的电磁波被吸收了,没有回波,雷达就变成了瞎子。二是采用吸收雷达波的复合材料。这种材料内部结构疏松,受雷达波辐射后产生振动,把雷达波转换成热能散发掉。三是合理地设计飞机外形,尽量采用圆滑、曲线形的表面形状,让射来的雷达波不易发生反射。最后一种办法就是尽量减少飞机本身发出的电子辐射和热辐射,让对方的监测雷达和红外探测器捕捉不到电磁波和红外线。

飞机的隐形技术主要体现在对雷达和红外等目标信号的控制上。采用雷达隐形的飞机从外形上很容易识别,这类飞机主要通过优化外形设计来减小雷达反射截面,整架飞机几乎全由直线和平面组成,从而使雷达反射波集中于水平面内的几个窄波束,让敌方雷达不能得到足够的连续回波信号以确定其是否是一个实在的目标。采用隐形技术的F—117和B—2飞机先后参加了海湾战争和科索沃战争,在现代防空火力下经受了考验。隐形飞机成功打击了大批得到严密火力保护的目标,自身仅在南联盟损失一架,考虑其任务的难度和攻击的成功率,应该说其设计还是相当成功的。

由于隐形,它比那些通常很容易受到地面攻击的战斗机就可以执行近距离侦察和攻击的任务。随后可能要研发地面隐形装备。

隐形将会走进生活

随着这种隐形技术越来越便宜,那么就可能会在其他领域运用。风力发电场和高耸的塔柱可能会突然不见了;墙壁可以建成透明的,而又不影响保温和隔音;桥梁和摩天大楼可以看上去好像飘浮在空中。犯罪分子也必定会利用这种技术,因此这种超材料的商业运用将会受到严格限制和审批。

帕德里克?林博士是美国加利福尼亚研究纳米技术对社会和道德规范影响的一家机构负责人。他认为,可以最大限度地控制犯罪分子使用这一技术的范围。他说,正如我们利用金属探测来提醒我们防备那些隐藏的武器一样,希望同时研究发现这种隐形技术的办法。

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tingting 本文来源:科技日报 作者:沈英甲 责任编辑:王晓易_NE0011
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