【科幻開腦洞 科學找答案】

科技日報記者 符曉波

(資料圖片僅供參考)

隨著科學理論的不斷發展，紅外隱形、雷達隱形等隱身技術已較為成熟地應用于軍事領域，但諸如哈利波特的隱身斗篷這樣在視覺上實現完美隱身的應用似乎還停留在人類想象層面。難道，令人無限遐想的隱身衣只能出現在科幻作品中嗎？

3月21日，武漢紡織大學紡織科技館正式開館，推出了不少由高科技紡織材料制成的展品。其中，看似普通的迷彩服，穿在身上可以避開紅外線監測，化作“隱身衣”。

多年來，在讓科幻中的隱身衣走進現實這件事上，科學家是認真的。

2006年，科學家利用超構材料首次實現了在微波頻率的電磁波隱身衣。隨后，科學家開發了針對可見光的隱身衣。2009年，科學家成功研制出地毯式光學隱身衣。

此外，科學家還將目光轉向聲學隱身衣、熱學隱身衣、流場隱身衣，取得了系列突破。2022年，香港中文大學徐磊教授研究組團隊研發出了超薄流場隱身衣。2022年，廈門大學物理科學與技術學院陳煥陽教授團隊成功設計出可作用于微波頻段和太赫茲頻段的隱身器件……

這些成果意味著，隱身衣或許真的在逐步走進現實。

實現古老夢想

從古至今，隱身一直是人類追求的夢想之一，在東西方經典作品中常有相關描述，如在古希臘神話中，英雄人物珀爾修斯就曾經得到過可以隱身的頭盔；《西游記》中，孫悟空使用隱身術混進瑤池宮闕大鬧蟠桃宴；而在動畫片《葫蘆兄弟》里，六娃的絕活就是隱身。

試圖讓自身變得不可見的幻想背后，是人類對未知的渴望，這種渴望的靈感來自大自然。中國科學院物理所研究員、北京凝聚態物理國家實驗室研究員陸凌介紹，自然界中如魷魚、烏賊等軟體動物具有的變換能力，讓人們看見了實現隱身的可能。

借鑒章魚、變色龍等自然界中動物的特殊生理結構，科學界找到了實現隱身技術的最初思路，即盡可能降低自身對比度，與環境融為一體，使人眼無法甄別。

“章魚表皮有成千上萬的小色素塊，其軟體組織可以瞬間張開或者縮小這些小色素塊，呈現出不同顏色和形態，使人無法分辨章魚及其生存環境。不過，從嚴格意義上講，這是一種偽裝術，并不是真正的隱身。我們可以看到它，只是無法分辨它和它所在的環境。”陸凌說。

而要真正讓物體“憑空消失”，在科學上還需向前邁出一大步。華中科技大學武漢光電國家研究中心副教授、知乎光學話題優秀答主高輝介紹，物體散射或反射的光線進入眼睛使人能夠看見物體，因此要實現物體的隱形則需要這個物體既不反射和散射光線，也不吸收光線，也就是說，要使光線繞過物體，不受其影響。

在一些實驗中，人們通過設計垂直排列的透鏡陣列，有選擇地反射光線，從而達到隱身效果，但一旦觀察角度有所偏移，物體又會暴露在人們的視線中。迄今為止，實現完美隱身對科學家而言仍是巨大的挑戰。

科技“彎曲”光線

要像《哈利·波特》中的隱身斗篷那樣，穿上就能實現全空間完美隱形效果，理論上要能隨心所欲地控制光線偏折。

早在1897年，英國小說家赫伯特·喬治·威爾斯發表的科幻小說《隱形人》就描述了這一設想。故事主人公發明了一種能把人體的折射率變得與空氣一致的神奇藥水。主人公使用神奇藥水，就能順利隱身，成為不被看見的人。而在漫威電影《神奇四俠》中，隱形女俠擁有的超能力能夠控制光波，使光繞著她走，進而實現隱形。

無法考證，科學家是否從科幻小說中獲得了靈感，但多年后變換光學理論的提出使科幻作品中的情節有了照進現實的可能。

所謂變換光學理論，是指通過改變介質參數從而讓光線彎曲的理論。2006年，英國帝國理工學院的物理學家約翰·彭德里等人發現，當材料介電常數和磁導率滿足一定關系時，電磁波在介質中會沿給定的曲線傳播，并且不產生反射，這意味著人類可以通過精確設計，實現對電磁波的自由操控。

“理論上，通過設計和調控人造材料參數可以實現隱身斗篷、光學幻象裝置、旋轉器等不同功能的隱身器件，但實際操作所需調節的電磁參數非常復雜，需要昂貴的光刻技術和繁瑣的制造方法，最終實際的隱身效果也會因存在種種局限而大打折扣。”廈門大學物理科學與技術學院博士研究生陶思岑介紹，在已有的研究中，科學家設計出的大多數隱身器件往往只針對特定物體或特定角度，要完全躲過世界上最精密的照相機——人眼，技術難度非同小可。

追求完美隱形

為減小隱身器件理論設計與實際制備之間的難度，2022年，廈門大學物理科學與技術學院陳煥陽教授團隊提出運用遺傳算法設計隱身器件方案。

“我們引入遺傳算法來設計隱身器件，它是一種受生物進化啟發的學習方法，通過模擬自然進化過程搜索最優解。”陳煥陽介紹，該研究將隱身器件的最小化散射截面設為優化目標，將隱形器件的幾何結構、材料及工作波長這些變量定義為遺傳算法中的個體染色體。優化過程從隨機生成由隱身器件組成的種群開始，然后解析計算每個隱身器件對應的散射截面，其中散射截面越小代表隱身效果越好；接著再運用遺傳算法進行選擇、交叉和變異等操作，選擇最優個體參與下一代繁殖，并重復該過程，直到找到全局最優方案。

借助人工智能算法，科研人員通過機器學習來探索光子器件的隱身性能，在最小化人為干預前提下，成功設計出可作用于微波頻段和太赫茲頻段的隱身器件。該方法避免了復雜的圖案化加工過程，設計時間可控制在毫秒級內，表明遺傳算法可在高維空間中直接進行全局最優搜索，可作為隱身器件設計的有效方法。

為了追求完美隱身，多年來，科學家對物質在不同物理環境下的隱身進行了廣泛而深入的探索，由此構造了不同類型的隱身衣，如在特定微波波長下實現隱身的電磁波隱身衣、使物體對聲波的傳播不產生影響的聲學隱身衣、利用熱流傳播方程制造的熱學隱身衣等。

陶思岑說，科學家暢想的隱身，準確來說叫作“低可探測技術”，即利用各種技術手段來改變目標物可探測性信息特征，此類技術手段包括采用獨特設計的吸波、透波材料降低目標物對電磁波、光波的反射；通過折射光線使人眼無法察覺目標物，使其降低被發現的可能等。這些技術可以單獨使用，也可組合在一起形成針對多物理場的超級隱身器件。從神話科幻到現代科技，人類對隱身技術的探索從未停止。隨著技術迭代，隱身技術將廣泛應用于建筑、通信等領域。

【延伸閱讀】

科幻作品里不乏隱身衣的身影，但鮮為人知的是，中國最早的科幻電影把隱身衣搬上了熒幕。

人們曾經認為，中國最早的科幻電影是1939年首映的《六十年后上海灘》。然而，這個觀點或許要被更正了。

在中國科普研究所和南方科技大學科學與想象力研究中心聯合舉辦的科幻研習營（2021）的討論中，學者黃鳴奮通過研究民國報刊文獻提出，1925年由汪優游、徐卓呆執導的《隱身衣》可能是中國首部科幻電影。在這部劇情簡單的滑稽片中，主人公得到了一件改變了他人生的隱身衣，通過隱身懲罰了第三者。

除《隱身衣》外，20世紀三四十年代，國內外科幻電影瞄準隱身技術，推出了《隱身人》《隱身女》《新隱身術》《隱身特工》《隱身人復仇》《隱身女俠》《陳查禮大破隱身術》等作品，隱身技術作為電影中的“常客”，頻頻亮相。

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