隱身在未來將不再是一種超能力

從秦漢方士的隱身術，到哈利波特的隱身衣，再到軍事上的隱形飛機，哪些是幻想魔術？哪些是科學前沿？人類是否能擁有變身隱身人的超能力？超能力又該如何實現？在SELF講壇的舞台上，來自中科院物理所的研究員陸凌展示了現代隱身術的奇妙之處。

陸凌

中科院物理所/北京凝聚態物理國家實驗室研究員

以下內容為陸凌演講實錄：

大家下午好，我想先問大家一下，大家想不想隱身呀？我想很多回答想的朋友，一定是科幻電影看得比較多，想像自己得到一種超能力。那麼今天我想給大家介紹：隱身其實是一門技術活。

讓我們先從歷史開始講起，從古至今，隱身一直是人類的一個夢想，中國早在秦漢時期就有對隱身術的記載。當時的道家方士們，他們追求長生術的同時也研究過隱身。那現在看來，當時的那些方法和方式都是接近可笑的。有一個非常經典的例子就是一葉障目，說的是有這樣一個隱身的方子：如果你找到了螳螂在捕蟬時候用來偽裝自己的那片葉子，你攥在手心裡，放在眼前，周圍的人就看不到你了。古代確實有一個書生這麼做了，他立刻跑到集市上去拿東西，那結果也可想而知，也就留下了一葉障目這樣一個笑話。

但話又說回來，中國古代很多哲學思想確實是隱身的思路，第一個就是天人合一：天人合一說的是人和自然、環境的一個完美融合，如果你做到這一點你就可以隱身。

大家看一下後面的這張圖片，是在長城上拍攝到，如果你仔細看，在畫面的中央，有一個行為藝術家，他把自己做上人體彩繪，巧妙地和周圍的城牆、山景融合到了一起，所以從這個角度你很難發現他的存在。

第二個例子更加有意思一點，那是在三四年前，四川有一個派出所，他們接到了一個電話，說家裡的兩個小孫子不見了，找了大半天也找不到，結果民警就在山腳下的一個泥池塘裡面發現了他們兩個，他們玩得正歡呢。大家可以看到這是其中的一位，因為他身上裹著很多泥漿，還有泥土，和周圍的山景完全融為一體了，所以怎麼找也找不到。所以有網友們就戲稱，這兩個小隱身人長大了肯定是特種兵的好料子。

那這兩種方式就是不太乾淨，因為你最起碼回家都得洗個澡，那麼有沒有不用洗澡的隱身術呢？

這位先生做的這件事情就很聰明，他拿著自己的平板電腦走到了山上，巧妙地將背後攝像機拍到的畫面展示在了前面的屏幕當中，然後從這個角度看過去，似乎你就看不到他的臉了，而後面的天空的景象依然非常完整。

那畢竟這個小的顯示屏它的面積是有限的，所以他能隱身的區域也依然是有限的，我們可以暫且稱他為是小隱，那麼怎麼才能大隱呢？中國古人云：小隱隱於山，大隱隱於市，確實是這樣。現在韓國正在建造一幢摩天大廈，他們稱之為隱身大廈，它隱身的原理也跟之前提到的是一樣的，將非常多的電子顯示屏鋪滿整個大廈的外牆，所以如果你360度將背後的景象顯示在它的牆體上的時候，你就看到右邊這張圖所顯示的這樣一個隱身的效果——一幢摩天大廈在城市的正中央消失了。

當然這麼做的代價是非常高的，也非常耗電，其實大自然中就隱藏著更高超的隱身技術。下面這段視頻是在海底拍攝到的，現在在畫面的正中央是一個珊瑚，然後有一條小魚遊了過來，似乎什麼都沒有發生，但如果你靠得更近的時候，哇！你看到原來是有一隻白色的章魚，它受到了攝影機的驚嚇之後吐出了一口墨汁然後遊走了，當它游到這邊的時候張開它的軀體，你就會清楚地發現它的顏色和圖案都是可以瞬間變化的，是不是非常的神秘？

這是一個慢動作倒播的一個畫面，可以看到這個軟體的章魚可以在三維立體各個方面變換自己的形態、表皮的顏色、圖案、甚至是表面的一些微小的結構，以至於說你知道它就在那裡，但是你依然無法分辨它和它生存的環境，那麼章魚究竟是怎麼得到它的隱身術呢？奧秘就在它的表皮結構當中。

這一張章魚表皮的圖像，你看到的是非常多成千上萬的小的色素塊，有的是黑色，有的是棕色，也有白色的底色，還有青色和黃色的效果，它的奧秘是因為它是軟體組織，所以它可以瞬間張開或者縮小這些小的色素塊，以至於達到在某個時候是白色的底色，或者棕色的表面顏色。當然它還有非常多其他的結構和顏色的變化能力，那麼它背後的物理原理呢？

原來章魚的表皮是分非常多層的，每一層都有不同顏色的色素塊，但同樣的是它每一個色素塊都跟周圍的肌肉組織緊密相連，所以它可以瞬間拉伸或者縮小這些顏色，而之前和之後的面積差別可以達到一百倍。

那現在我們非常清楚了這個章魚隱身的本領，那麼下面就讓我們玩一個找章魚的小遊戲。大家看一下這是另外一段視頻，這個時候依然是在水下，但是更加的高清、更加的彩色。大家能不能看到一條章魚？

其實作為這隻章魚，我覺得它一定也很鬱悶，我已經做得如此之完美了，居然大家還能夠找到我，所以有了章魚這樣的一個演示之後呢，我們不難想像在不久的未來，我們會有像電子皮膚、電子衣服這樣的隱身科技或者產品出現。現在我們穿的衣服，可能很多是豬皮、牛皮，以後大家拎著一張章魚皮就可以出門了。

其實不止是章魚，所有的這些頭足動物門、軟體動物，常見的比如說像魷魚、烏賊，它們都有類似的變換能力，但是從嚴格意義上講，它們都是一種偽裝術，並不是一種高級意義上的隱身，因為你畢竟是可以看到它的，只是你無法分辨它和它所在的環境。那麼更高級的隱身術其實也可以用中國古人的思想來闡述，老子用「上善若水」來表達對水的敬意和讚美，那確實你看到，水從它的源頭慢慢地流到你的跟前，一路上其實經過了千難萬險，因為有岩石、有峭壁，但是它都可以非常平靜地繞過這些障礙物來到你的面前，而當你看到它的時候，你並不知道它所經歷的過程。那隱身術也希望做到同樣的事情——就是讓原本直線傳播的光線達到一個繞行然後繼續前行的效果，這聽起來非常的夢幻，但是它其實並沒有那麼難做到。

這是一段演示實驗，是在羅切斯特大學拍攝的，現在在畫面的正中央，大家看到的是一個大男孩靠著牆站著，但是其實就在他的跟前站著一個他的弟弟，但大家剛才就看不到他，那現在把兩個人的位置互換一下，現在大家看不到這個大男孩的腿了，但是後面卻蹲著他的弟弟。這是為什麼呢？其實原因也不難理解，因為正在這個小男孩的面前放置著兩面鏡子，但大家沒有注意到的是邊上還有另外兩面鏡子來輔助這樣的一個隱身實驗。

它的原理圖就展示在左邊，在熊貓這個位置是隱身的，藍色的幾根線代表的是四面鏡子，它們兩兩互相成直角並排放著，紅色就是光行進的路線，可以看到當觀察者在屏幕的下方的時候，你看到光是經過了四次的反射繞過了這個熊貓所在的區域，但是你卻依然能夠看到背後的景象，這就是剛才這個實驗的基本原理。

其實在座的每一位你們回家都可以做這個實驗，你只要取四面鏡子，放置成這樣的位置就可以拿來做這樣的隱身的實驗，因為只要躲在這個小熊貓在的地方，大家可以看到光線就可以繞開你。

那麼如果我將剛才的四面鏡子擴展到八面，就是在屏幕的上下方做了一個鏡像，那就可以看到在小熊貓的這塊空間已經完全被孤立起來了，這塊空間你是完全看不到的。但是這要求的是觀察者在你的左手方或者右手方，就是對兩個方向你達到了隱身的效果，那如何才能在所有的方向達到隱身呢？

這是一個更巧妙的設計，是我在浙江大學的合作者陳紅勝教授他的一個構思，這個思路就是有六塊玻璃，你把它組成一個六角形的柱狀結構，從光線行進的演示可以看到，在中間的這塊區域就是隱身的。

這塊隱身的結構它能給我們帶來什麼樣的視覺震撼呢？這是在魚缸的側面拍攝的一個畫面，那魚缸里肯定是有魚的，那魚在哪裡呢？現在小魚露出了半個腦袋，但它的身體依然看不見，但你卻能看到後面的水草清晰可見，現在小魚開始賣關子了，它不願意出來，所以把它趕出來，現在它出來了，是不是很神奇？它是活生生的一條魚，而且它的身體表面的顏色是非常之鮮艷，但是在這樣一個白色的布景、充分光照的情況下你卻看不到它。

這是剛才這個實驗的一個原理圖，就是把這個六角形的隱身裝置放在了魚缸的中間，所以當小魚游進這個柱狀體的時候，在魚缸一側的觀察者卻只能看到背後的水草，而看不見這條小魚。那麼剛才我演示的這些實驗都是在可見光的波段，也就是人眼能夠看到的這個波長範圍，比如說你們現在能看到我，這是因為有燈打著我反射到你們的眼睛裡面，你們才能看到我，如果現在讓工作人員把所有的燈光全部關掉，大家就看不見我了。但是如何才能觀察呢？

其實剛才梁老師的這個報告裡面就講到了這樣一件事情，那就是夜視的基本原理。如果你用紅外照相機來拍攝黑暗中的人的話，依然可以看到它的圖像，因為人是發熱的，就像我一樣有體溫，我不斷在發出紅外波段的電磁波，就能用紅外相機捕捉到。那麼這樣的一個結構對紅外的成像能看到什麼樣的圖像呢？

這是兩張紅外相機拍攝到的圖片，上面這張看到的是一隻小老鼠，大家可以看到它的體溫是熱的，那下面這張它有一半的身體是坐進了這個隱身結構裡面，所以你完全看不到它，所以就算是夜視鏡，你也看不到這個在隱身區域的物體或者人，那這個結構可以說是非常好了，因為它能做到可見光、紅外光都隱身。但是它的缺點在哪裡呢？

他缺點在於它還是只能在六個方向達到隱身的效果，如果你的角度稍微偏折一些，五度到十度，這就不起作用了，那麼更加完美的隱身需要做到的是各向同性的這樣一個效果，也就是這樣一個柱狀體、圓形的一個結構，這樣才能達到在中間這塊區域是和外面完全在光學上隔絕，對於任何角度的觀察者都不能發現它。

那麼這樣的一個完美隱身的要求，其實對科學家們的挑戰是非常非常大的。所以在原理上，我們就必須摒棄剛才所說的，光用直線來描述這樣一個幾何光學的概念，因為這只是一種近似，我們現在需要充分考慮光的波動性，因為從微觀的角度來說，光線你仔細看，它在微觀都是電磁波，也就是電場在時間和空間上的一個周期的運動，在考慮了所有這些因素之後，經過了很多的努力，右邊是學生做的一個理論的模擬動畫，這裡的紅色和藍色的條紋，表示的就是這些電磁波的波峰和波谷，所以你看到的其實是一束波從左邊傳來，從右邊出去，但對中間這個隱身的區域，它是完全偵查不到的，可以說是達到了完美的隱身的效果。

說到完美，我想問一下在座的各位，大家有沒有像我一樣，是一直在追求完美的人，還是有很多人都舉手了。在追求完美的過程中，大家可能會有體會——完美需要付出代價的。對於這樣的一個例子來說，它看上去似乎是完美的，因為各個角度都能隱身，那它付出的代價是什麼呢？

這裡我提三點：第一是它只對一個固定波長能達到隱身的效果。可以看到，如果我們將這個紅藍之間的間隔，這個波長變大或者變小的話，很容易想像，它就無法從左到右這麼完美地透射了，也無法把周邊都匹配得這麼好；那麼第二點是這一類繞行的隱身術它的一個通病，也就是說隱身是相對的，在裡面如果有一個人的話，他不能被外面的觀察者看到，但是在裡面，我一樣什麼都看不見，我也偵查不到外面的圖像；第三點涉及到實際的應用，比如說我們在軍事上希望讓一架飛機隱身，就像圖上看到的這樣，那我們就把這架飛機放在這個隱身結構的正中央，但是大家看一下會帶來什麼樣問題呢？從幾何的比例上就會發現，你需要造一座足球場放在它的周圍，才能讓這架飛機做到隱身。這個實際上是非常困難，或者說幾乎是不可能的，那麼怎樣才能讓一架飛機完美的隱身呢？或者說現在最好的科學技術能做出什麼樣的隱形飛機呢？

下面我們就來介紹一下現在所謂的隱形飛機的隱形基本原理，首先他對飛機的探測是在微波階段，微波就是大家用的微波爐或者手機這樣的信號，用的是雷達，那麼它偵查的原理是從不同的方向往空間發出電磁波，這時候如果來了一架民航飛機，那一定會有部分的電磁波是往原路反射的，然後會被剛才的這個雷達探測到，我們就知道在多高的高空、多快的速度有一架飛機正在飛行。那如果現在敵方來了一架偵察機，它是一架隱形的飛機，隱形飛機的外表形狀和塗層都是經過嚴密的設計，它的反射波絕對不會沿著原路返回，它會被吸收掉一部分，然後反射的部分往其他的方向去了，所以對這一個雷達來說，它確實是隱形了。

但是聰明的觀眾可能也能看出來，如果我在四面八方、天上地下、山上都放上這樣的雷達，成為一個雷達網路，並且他們之間協同工作，那麼現在是沒有一個技術能夠讓一架飛機真正在天空中消失的，正是帶著這樣的一個想法或者問題，我和我在浙江大學的合作者葉德信教授去年找到了一個不一樣的思路，我們設計了一種隱身材料，就像畫面中看到的一樣，由隱身材料組成的這個結構，可以是任意大小和形狀，所以在這裡，我們把它畫成了一架飛機的形狀，為了配合剛才的這個題目，它一樣可以是坦克、或者一個建築，但是無論怎樣，電磁波都會完美地穿透它繼續前行，不發生任何的改變。更難能可貴的一點，在實驗上它也非常容易實現，因為它所需要的材料就兩種，一種是銅，一種是常見的塑料，當然這裡的細節的結構和連接方式都是非常仔細設計過的，這樣的一個複合材料，它達到的一個效果是電磁波在這個材料里傳播的速度和在空氣中是完全一樣的，所以對於電磁波來說這兩種材料其實是一種材料，所以，也就是為什麼我可以把它做成任意的形狀或者大小，它都不會對電磁波產生任何的干擾。

這也就和剛才所謂的光線繞行的思路完全不一樣了，這裡是完全敞開的一個設計，那這樣的隱身材料，不但在軍事上會有很大的潛在應用前景。其實跟在座每一位的生活也都息息相關，我想大家有沒有這樣的體驗，總是抱怨這裡網路的信號不好、手機的信號不好，或者說大家在家裡裝了一個新的無線路由器，你在路由器附近上網的速度非常快，那你到其他房間、其他角落，你就發現信號很弱上不了網，或者說當你一邊打著手機一邊走進電梯的時候，我想大家都有這樣的心理準備，就是這個信號會斷，那這些都是因為同一個問題，就是我們現在用的建築的牆體，或者說鑄造這個電梯的這個金屬材料，它都不是這樣的隱身材料，它都會強烈的散射、或者阻攔電磁波的傳播，所以可以想像，如果我們用這樣的一個複合材料做成我們的建築或者電梯的材料，那麼在我們的生存空間裡面就不需要這麼多的路由器，也不需要這麼多的信號發射塔，就能更有效更節能的通訊了。

那到最後希望經過這一系列的介紹，我希望大家跟我一樣有信心，也就是說隱身在未來將不再是一種超能力。謝謝大家。

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