一条鱼游入一个 enclosure(围 enclosure)并消失了,而后面的浮萍仍然清晰可见。一只猫爬进一个玻璃箱子里也消失了,箱子后面的场景透过玻璃仍然清晰可见。这项隐形斗篷科学的最新成果是迄今为止最简单的实现方式之一,但不可否认其引人注目的效果。
“隐形箱”是由中国杭州浙江大学陈洪胜及其同事领导的一个研究团队设计的。研究人员在一篇发布在在线知识库 arXiv 上的论文中描述说,该箱子基本上是由一组高质量光学玻璃制成的棱镜,这些棱镜使光线绕过放置棱镜的 enclosure(围 enclosure)内的任何物体。
陈和他的同事郑斌去年首次公开了这个原理,他们使用六个楔形棱镜排列成六边形,可以隐藏小物体。研究人员现在使用了一个类似但更大的六边形棱镜,放置在一个鱼缸中。当一条鱼游过中心孔时,它消失了,而斗篷后面的浮萍仍然清晰可见。
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第二个演示使用八个棱镜的方形排列,中央空腔足够大,可以让猫爬进去。研究人员将电影穿过斗篷投射到后面的屏幕上。从正面看,当猫坐在空腔中或将头伸入内部时,猫的部分身体会消失,而后面的场景——一片鲜花,蝴蝶在花丛中飞舞——可以通过玻璃看到(见下面的图和底部的视频)。
玻璃棱镜的排列使光线绕过斗篷内部的空间,因此观察者看到的屏幕上的场景就好像猫不存在一样。
图片来源:《自然》杂志
这些斗篷本身是可见的,并且仅适用于某些观看方向。一位经验丰富的观察者还可以测量到不同的光线在设备内部传播了不同的距离。
因此,这种技巧可以说更接近于维多利亚时代音乐厅中使用倾斜镜面布置的“消失术”,而不是现代使用称为超材料的物质,通过以非自然的方式引导光线来实现隐形。这些材料由电导组件阵列制成,这些组件与光相互作用,从而产生奇异的光学效应,例如负折射率。
原则上,超材料可以创造“完美”的隐形——这使得斗篷本身及其内容物都不可见。然而,在可见光波长下工作的超材料非常难以制造。陈的同事、新加坡南洋理工大学的张百乐,以及伦敦帝国学院的约翰·彭德里及其同事已经证明,使用透明材料(如方解石晶体)块可以实现宏观物体的部分可见光隐形,在方解石晶体中,光以不同的速度在不同的方向传播。
这些部分隐形斗篷将隐藏物体,但自身仍然可见。“每个人都希望拥有一个可以隐藏可见光下的大型真实物体的斗篷,但实现这一点需要对理想理论做出一些妥协”,彭德里解释说。
彭德里说,他表示,陈和同事们现在在做出此类妥协方面“比大多数人都更进一步”,他们放弃了对保持透射光中相位关系的任何关注。“因此,作者可以报告一种相当大的斗篷,它可以在大部分可见光谱范围内工作。”
陈和他的同事们写道,这种简化对于许多应用是合理的,例如在安全和监视领域,人们可以想象将观察者隐藏在看起来是空的玻璃隔间中。
本文经《自然》杂志许可转载。该文章于 2013 年 6 月 11 日首次发表。