谁都想要拥有一块闪闪发光、可以立刻消失不见的神奇布料。在以前,我们觉得受物理定律的限制,我们无法实现这一幻想。
实际呢?从某种程度上说,现实生活中的隐形斗篷确实存在。研究人员开发出一种系统,使得物体周围的光发生弯曲,从而实现屏蔽光的效果。但是,这种系统仅作用于非常小的范围,由于可正常工作的波长范围很小,无法引起受众的普遍关注。
现在,来自德国卡尔斯鲁厄理工学院的研究人员开发出一种便携式的隐形斗篷。该隐形斗篷可以带进教室,用于演示实验。在没有专业设备的情况下,人类无法使小物体消失不见。如图所示,该隐形斗篷利用扩散光散射介质,使得光沿随机路径传播(见放大镜)。没有斗篷的显示正常的阴影(右),有隐形斗篷的显示如图所示的阴影(左)。
要想使物体达到隐形的效果,科学家们通过改变光线的传播方向来实现这一目标。假如你在公路上行驶汽车,可以通过改变行车速度来解决这一问题。如果你想观赏穿过山口的风景,但是这条路没有开通,你可以沿着六车道高速公路绕山行驶。延长的距离可以通过提高车速来补偿。
但是,和道路相比,光的改变更具挑战性。因为相对论上指出,如果超光速传播,会引发质量损失,因此无法在真空或空气状态下提高光速。为了应对这一挑战,该研究团队通过研究散射材料来制造隐形斗篷。通过光的散射,光在材料中的有效传播速度衰减,从而可以加快光的传播速度来弥补光传播路径的增加。
在这个隐形斗篷中有一个中空的金属圆筒,圆筒涂以丙烯酸涂料,达到广泛地反射光的目的。圆筒中嵌入一块聚二甲硅氧烷(一种常用的有机聚合物),并掺杂二氧化钛纳米颗粒,从而达到散射光线的目的。
该团队的负责人robert schittny 说:“我们的斗篷利用光散射原理,其有效传播速度较低。通过尽最大努力的提高光速,我们弥补路径的增加问题。如果光穿过聚二甲硅氧烷块的平均时间与光穿过隐形斗篷的平均时间在合适的比例内,该中心将呈现不可见状态。”
另一方面,固态的斗篷可以很容易地搬运到教室中。schittny 说:“作为一个宏观的隐形斗篷,你可以用眼睛看到它,用手摸到它。当一束强光照射在一个不太明亮的房间里,很容易证明隐身的存在。这意味着即使没有花哨的实验室设备,没有显微镜,测量数据也无需经过后期处理,其隐形效果也明显可见。”
schittny和他的同事们希望将他们的斗篷用于教室和实验室中,以激发和培养学生对物理学的兴趣。