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离子体隐身研究新进展
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每一次哈里·波特遇到险情的时候，那件神奇的斗篷都帮了他的大忙，能把他在坏人的眼皮底下隐藏起来。杨绛回忆在和钱钟书聊天的时候，也曾幻想过“能有件法宝，一件隐身衣，大家可以一起出去玩，不做坏事光捉弄人”。 从童话到科幻小说，从梦境到现实，“隐身术”也好，“隐身衣”也罢，都一直存在于人们的美好想像中。 人类发展史上，已经无数次证明:看似荒诞的想像里面或许正在孕育新兴的科学。面对着“隐身”的巨大诱惑与无限潜能,无数科学家投入了研究和试验当中。 现在,他们朝成功又近了一大步——至少从表面上来看是如此。 据最近一期英国《自然》杂志透露，美国宾夕法尼亚大学的电子工程学教授纳德尔·恩吉塔和意大利罗马大学的科学家安吉拉·艾利提出:一种等离子体外壳将可以把物体反射和散射的光线降低到极小，这样谁也就看不到它发出的光线，谁也就不知道它的存在。他们的论文即将在美国《应用物理学报》上发表。 恩吉塔教授的这项研究，是在美国国防部高级科研项目署的支持下完成的。《自然》杂志引述伦敦帝国大学的物理学家约翰·潘德里教授的话说，这是个有趣的发现，它的用处会很广。 ■ 隐身术的最新成果 一直以来，科学家们一直在为了“隐身”而探索。其中一种技术是以保护色为原理为基础，通过改变物体的色彩，让它的颜色和周围的背景相同，物体就可以安然隐身在伪装里不被发现。 美国北卡罗莱纳的发明家罗伊·阿尔登的“隐身”方法，是用一台监视仪拍摄周围背景，用投影仪把监视仪中的图像投射到要隐藏的物体表面。 在2003年6月美国旧金山的一次科学展览会上，东京大学的田智前教授展示了一种“延伸现实”的隐身衣。它可以将衣服后面的场景拍摄下来，然后将影像转换到衣服前面的投影机，将影像投射到由特殊材料制成的衣料上。这样，就能让穿衣者看起来是透明的。 但是这种方法需要大量的照相机和高性能的计算机配合，用起来很不方便。而且，这种系统只对处于特定位置的观察者有效，如果变换一定角度的话，是完全没有隐身效果的。 目前各国军事上的隐身技术，主要就是使用各种吸波、透波材料，实现对雷达的隐形;采用红外遮挡与衰减装置、涂敷红外掩饰涂料等，以降低红外辐射强度，实现对红外探测器的隐身。 在可见光隐形上，目前的办法只是在兵器的表面涂抹迷彩，降低兵器与背景之间的反差，或歪曲兵器的外形等初级的方法。另外由于碳纳米管的微波吸收性能，碳纳米管也可以作为吸收剂，制成隐形材料。 而恩吉塔教授提出的设想可以让物体对任何角度上的观察者隐身，因为它不是把物体隐藏在特定的背景里，而是让它本身不发射或散射光线。 ■ 中国等离子体隐身研究有七八年了 利用等离子体实现隐身的技术是在前苏联解体以后，从一些材料中透露出来的前苏联专家的一种设想，这一领域随即成为军事、材料科学研究的热点。 什么是等离子体隐身技术呢？中科院合肥等离子体物理研究所装置总体设计研究室主任武松涛对《瞭望东方周刊》说，简单来说，就是在飞机、舰船等武器表面产生一层等离子体，这层等离子体可以和雷达波等相互作用，使这些物体无法被感知或探测到。 安吉拉·艾利说，不发光物质之所以可见，就是因为它反射和散射的光线，如果可以让它不再这么做，让它隐身的目的就达到了。 这种等离子体外壳由等离子体电流构成，等离子体电流就是当电子在金属物质的表面上有规律地运动时所产生的电子密度波。当入射光频率与等离子体电流的谐振频率接近时，光线将被这层等离子体电流外壳反向散射，向外则几乎不散射光线，物体即不可见。 《苏格兰人报》的评论说，由于这种技术比现有的隐身技术都更先进和有效，所以它在军事上会有广泛的应用。 武松涛介绍说，一开始大家都觉得俄罗斯可能已经实现了这种隐身技术，但是从后来的试验看，这种设想可能在原理上可行，在技术上有许多困难要解决。 1999年1月，俄罗斯克尔德什研究中心主任曾透露，他们开发的第一代、第二代等离子体发生器，已在飞机上进行了隐身性能试验并获得一些成功，目前他们正在研制第三代等离子体隐身系统。 鉴于隐身技术在军事上的重要作用，中国在等离子体隐身方面的研究也有了七八年。参加了大量相关研究的中科院合肥等离子体物理研究所等离子体研究室主任孟月东对《瞭望东方周刊》说，鉴于军事上的保密规定，许多最新的进展不方便透露。 ■ 真正让人隐身还需时日 根据恩吉塔教授的计算,等离子体外壳对于球状和圆柱状物体的隐身效果最好。但是物体的形状不可能那么规则,隐身外套还需要特别的处理来适应不同的外形。 另一个缺点是一种隐身外套,只能对一种频率的光线隐身。比如,它如果在红光下可以隐身,那么就不能在绿光下隐身。他进一步的设想是研究多层复合隐身外壳,以便能在不同频率的光线下同时隐形。 还有一个问题是，这种隐身外套只能让大小和所隐身的光线波长比较接近的物体隐身，那么对于波长不到1微米的可见光来说，只有极小的物体是可以隐身的。同样，人如果用这种方法隐身的话，波长一两米的雷达肯定无法发现人类的踪迹，但是它在阳光下可是显而易见的。 武松涛说，大面积的等离子体电流在高速运动的飞机表面很快会漂移，所以在不断产生等离子体的同时还需要一定的磁场把等离子体约束住，这需要大量的能源供给，这在技术上也不容易实现。 恩吉塔教授强调，尽管等离子体隐身技术还面临着一些技术上的障碍，但是这并不妨碍它在更多方面的应用，比如开发抗强光材料。另一个用处是电子显微镜，因为目前电子显微镜上的探针对图像视野的影响很大，如果可以用等离子体电流实现探针的隐形的话，可以大大提高电子显微镜的分辨率。 对可见光来说，自然界已经提供的适合的可以产生等离子体电流外壳的材料，就是金和银。但对于减少像微波这样的长波，可以使用大量线圈缠绕制成的，具有负折射率、负介电常数等特别的电磁特性的“超材料”。 清华大学材料科学与工程系周济教授告诉《瞭望东方周刊》,“超材料”是指一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计，可以突破某些表观自然规律的限制，从而获得超出自然界固有的普通性质的超常材料功能。 迄今发展出的“超材料”包括“左手材料”、光子晶体、“超磁性材料”等。“左手材料”是一类在一定的频段下同时具有负的磁导率和负的介电常数的材料系统(对电磁波的传播形成负的折射率)。近一两年来“左手材料”引起了学术界的广泛关注，曾被美国《科学》杂志评为2003 年的“年度十大科学突破”之一。 但是目前“超材料”这一新的观念尚未被学术界，特别是材料学界完全接受。不过，作为一种材料设计理念，已开始为越来越多的学者所关注，它的出现也给人们的世界观层面上带来冲击。 |
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