愛(ài)因斯坦(1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者)：“好奇心是每個(gè)健康孩子天生就有的，然而它常常過(guò)早地消失。”
丁肇中(1976年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者)：“科學(xué)很大一個(gè)作用是滿足人的好奇心，這是人和動(dòng)物的最大區(qū)別。”
曾有人問(wèn)我：“今天的科學(xué)為什么能夠達(dá)到這么高的層次？”
我立即回答：“那是因?yàn)槿祟悡碛幸活w無(wú)與倫比的好奇心。”
試想，如果法拉第(1791-1867)對(duì)電與磁之間的轉(zhuǎn)變并不好奇，那么他也就不可能揭示電磁感應(yīng)定律（這是一個(gè)描述磁如何產(chǎn)生電的物理定律）。我這里為什么說(shuō)法拉第是源于“好奇”的呢？一個(gè)很重要的原因就是，他發(fā)現(xiàn)了這個(gè)定律后，他并不知道這個(gè)定律有什么用——這個(gè)事實(shí)，歷史有記載。由此可見(jiàn)，他當(dāng)初的實(shí)驗(yàn)探索完全出于個(gè)人的好奇，并非出于功利之心。但是，就是這么一個(gè)“好奇”的副產(chǎn)品，其后導(dǎo)致了我們?nèi)祟惿畎l(fā)生了翻天覆地的變化：我們今天的生活已經(jīng)離不開(kāi)電了，我們?nèi)粘Ｉ钪杏玫降碾妿缀跞縼?lái)自發(fā)電機(jī)，而發(fā)電機(jī)的關(guān)鍵工作原理就是——法拉第揭示的電磁感應(yīng)定律。所以，可以這么說(shuō)，科學(xué)發(fā)展是由好奇心驅(qū)動(dòng)的——也應(yīng)該由好奇心驅(qū)動(dòng)，而非功利心。
既然好奇心這么重要，那接下來(lái)我就問(wèn)一個(gè)古今中外、人皆“好奇”的問(wèn)題：
如何實(shí)現(xiàn)隱身？
圖1：會(huì)72變的孫悟空
圖2：隱形人
圖3：隱形女人
針對(duì)這個(gè)問(wèn)題的答案，我相信所有人都感興趣。前人對(duì)這個(gè)問(wèn)題的回答在神話故事或科幻小說(shuō)中可以找到很多。例如：四大名著之一《西游記》中的孫悟空（圖1）有72種變化，這是作者吳承恩(1506-1582)對(duì)如何實(shí)現(xiàn)隱身的一個(gè)構(gòu)想；威爾斯(1866-1946)1897年發(fā)表科幻小說(shuō)《隱形人》（圖2），其中主人公發(fā)明了一種方法，使得自己的折射率均勻分布，從而光沒(méi)有散射和吸收，這樣別人也就看不到他了——實(shí)現(xiàn)了隱身。此外，1940年的電影《隱形女人》（圖3）中，該隱形人可以產(chǎn)生一個(gè)可以扭曲空間的場(chǎng)，她的場(chǎng)可導(dǎo)致光繞著她傳播，從而實(shí)現(xiàn)隱身；還有，大家熟知的魔幻小說(shuō)或電影《哈利·波特》(圖4)中，主人公有一件隱身衣，穿上它可以躲避伏地魔的追殺——實(shí)現(xiàn)隱身了。
圖4：哈利•波特
上面介紹的隱身方法來(lái)自神話故事或科幻小說(shuō)，讀者看了未免覺(jué)得虛妄、不現(xiàn)實(shí)，然而，科幻作家克拉克(1917-2008)早就說(shuō)過(guò)：“任何先進(jìn)技術(shù)都與魔法相似。”當(dāng)然，隱身技術(shù)也不例外。上面介紹的各種技術(shù)，盡管像魔法那樣的不現(xiàn)實(shí)，但它們可以刺激人們對(duì)隱身技術(shù)的尋找、思考和應(yīng)用。
例如：自然界中有一種爬行動(dòng)物叫變色龍（圖5），它的體表顏色能隨環(huán)境色彩而變化，這其實(shí)就是一種很現(xiàn)實(shí)的隱身技術(shù)，這種技術(shù)使得變色龍可以免收天敵侵害�；谶@個(gè)原理，人們發(fā)明了迷彩服，例如荒漠迷彩服（圖6）或林地迷彩服（圖7），士兵穿上這些衣服在荒漠或森林中行軍時(shí)，由于衣服與環(huán)境色彩相近，也就不易被敵方發(fā)現(xiàn)，從而達(dá)到保護(hù)自己的目的。
圖5：變色龍
圖6：解放軍07式荒漠迷彩服
圖7：解放軍07式林地迷彩服
當(dāng)然，人類在隱身技術(shù)方面的探索并不止步于向變色龍的簡(jiǎn)單學(xué)習(xí)和復(fù)制。事實(shí)上，人們基于回射投影也實(shí)現(xiàn)了一種隱身技術(shù)（圖8-9），這種技術(shù)的原理比較簡(jiǎn)單（圖8），就是在人背后安裝一臺(tái)攝像機(jī)，把他背后的環(huán)境圖像拍攝下來(lái)，通過(guò)電腦處理后，投影到此人的前面，這樣，在此人面前的人將看不到此人——因?yàn)榭吹降膬H僅是此人背后的環(huán)境圖像（圖9）。
圖8：回射投影技術(shù)
圖9：基于回射投影技術(shù)實(shí)現(xiàn)的隱身效果
可以看出，這種基于回射投影實(shí)現(xiàn)的隱身技術(shù)，固然能夠?qū)崿F(xiàn)隱身，但是，在實(shí)際使用時(shí)仍舊會(huì)面臨種種限制，例如旁觀者如果換個(gè)角度觀察，此人也就不能再隱身了。再且，這種隱身技術(shù)在軍事上，用途不大，這是因?yàn)樘綔y(cè)軍事目標(biāo)時(shí)，通常需要使用雷達(dá)進(jìn)行探測(cè)，雷達(dá)探測(cè)目標(biāo)的原理很簡(jiǎn)單：即由雷達(dá)發(fā)射電磁波，這個(gè)波碰到對(duì)方目標(biāo)（例如艦艇、飛機(jī)）后，會(huì)沿原路返回，該返回的電磁波經(jīng)過(guò)進(jìn)一步分析，人們也就可以獲得目標(biāo)物體的位置、速度等信息了。鑒此，針對(duì)雷達(dá)探測(cè)，科學(xué)家也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一些隱身技術(shù)，例如：多棱折面的反射技術(shù)、等離子體隱身技術(shù)。
什么是“多棱折面的反射技術(shù)”？它的工作原理就是幾何光學(xué)中的反射定律：一束光線入射到一個(gè)表面上，該光線會(huì)被反射，且反射角等于入射角。鑒此，人們把待隱身物體的表面設(shè)計(jì)成折面結(jié)構(gòu)，從而使得入射電磁波不能沿原路返回，這樣雷達(dá)也就接受不到反射回來(lái)的電磁波，自然無(wú)從獲得目標(biāo)物體的位置、速度等信息；圖10是展示該原理的一個(gè)示意圖。第一代隱形飛機(jī)，如F117夜鷹戰(zhàn)機(jī)（圖11）就是利用的這種隱身技術(shù)。
圖10：（左圖：普通表面）雷達(dá)發(fā)射的電磁波經(jīng)過(guò)艦艇表面反射后，其反射波可以在各個(gè)方向出現(xiàn)，故而，雷達(dá)可以收集到反射波的信息；可見(jiàn)，該結(jié)構(gòu)使得該艦艇暴露于雷達(dá)的監(jiān)測(cè)之中，故而不能實(shí)現(xiàn)隱身。（右圖：多棱折面）雷達(dá)發(fā)射的電磁波經(jīng)過(guò)艦艇表面反射后，其反射波不能沿入射路線返回，故而，雷達(dá)收集不到反射波的信息；該結(jié)構(gòu)使得雷達(dá)探測(cè)不到該艦艇，從而使得艦艇實(shí)現(xiàn)隱身。
圖11：F117夜鷹戰(zhàn)機(jī)
圖12：B2“幽靈”隱形轟炸機(jī)
那么，什么是“等離子體隱身技術(shù)”呢？這個(gè)技術(shù)以B2“幽靈”隱形轟炸機(jī)（圖12）為例介紹即可。B2“幽靈”隱形轟炸機(jī)屬于第二代隱形飛機(jī)，它的表面涂了一種能夠產(chǎn)生等離子體的涂料，在飛行中，該涂料把周圍的空氣電離，形成一層帶電薄膜(等離子體)蒙在飛機(jī)的周圍，這就使得雷達(dá)射來(lái)的電磁波被吸收或被散射，從而雷達(dá)接收不到反射回來(lái)的電磁波，因此，該飛機(jī)也就實(shí)現(xiàn)了隱身。
圖13：（左圖）光（紅線）在均勻材料中直線傳播；（右圖）左圖中的材料被扭曲后光在其中的傳播路徑
圖14：殼與核之間是隱身衣，光線（黑的實(shí)線）從隱身衣中傳播出去，并且不改變?cè)瓉?lái)的傳播方向，這就使得核內(nèi)物體不被光“感知”——核內(nèi)物體實(shí)現(xiàn)隱身效果了。
但是，到這里，科學(xué)家們研究隱身技術(shù)的夢(mèng)想還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有完結(jié)。2006年，科學(xué)家提出了一個(gè)全新的隱身原理，它是基于麥克斯韋方程組的形式不變性而得到的。麥克斯韋方程組是一組描述電磁波運(yùn)動(dòng)規(guī)律的方程。那么，什么是“麥克斯韋方程組的形式不變性”呢？為了理解之，我們考慮一個(gè)情景（圖13）：一束光（光是電磁波的一種）在均勻玻璃（或其它任何均勻材料）中穿行，按照我們的日常經(jīng)驗(yàn)，想象得出來(lái)，玻璃內(nèi)的光會(huì)沿直線傳播（圖13左圖），這時(shí)，我們假設(shè)光和玻璃都突然被“凍結(jié)”在一起，然后，我們扭曲一下玻璃（假設(shè)玻璃允許我們?nèi)我馀で�、擠壓），可以想象，這時(shí)光在玻璃里面也得相應(yīng)地被扭曲、不再沿直線傳播了（圖13右圖）；此時(shí)光的非直線傳播現(xiàn)象并不影響我們繼續(xù)使用麥克斯韋方程組，只是此時(shí)玻璃不再均勻，其材料性質(zhì)（例如用于描述電磁波傳播的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率等物理參數(shù)）發(fā)生了變化而已。換言之，如果下次我們直接讓同樣的一束光從同樣的入射角照射這個(gè)扭曲之后的玻璃，這束光的路徑必然與先前扭曲后的路徑一致，呈現(xiàn)非直線傳播。這個(gè)現(xiàn)象所蘊(yùn)含的科學(xué)原理就是“麥克斯韋方程組的形式不變性”，即：麥克斯韋方程組既適用于扭曲之前的正�？臻g（圖13左圖），也適用于扭曲之后的扭曲空間（圖13右圖）。可見(jiàn)，基于這個(gè)原理，人們可以設(shè)計(jì)材料，使得光（或電磁波）能夠繞過(guò)某個(gè)特定的區(qū)域后，繼續(xù)傳播、并不改變?cè)鹊膫鞑シ较�，從而使得該特定區(qū)域內(nèi)的物體不被入射光探測(cè)到——也就是說(shuō)，這個(gè)物體實(shí)現(xiàn)隱身了（圖14）。具體說(shuō)來(lái)，基于這個(gè)原理，人們可以設(shè)計(jì)一件類似哈利·波特的那件隱身衣，孫悟空穿上它也不必再自己變化了，這時(shí)光線會(huì)沿著衣服繞過(guò)孫悟空繼續(xù)前進(jìn)，如此，孫悟空也就不會(huì)被別人（如二郎神）發(fā)現(xiàn)了。該隱身衣，在理論上，已經(jīng)得到嚴(yán)密論證，符合科學(xué)原理，迄今，在實(shí)驗(yàn)上也已經(jīng)取得重要的階段成果——例如，對(duì)單個(gè)電磁波頻率，能夠獲得很好的隱身效果。當(dāng)然，要在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)真正意義上的、可以應(yīng)用的隱身衣，科學(xué)家還有很長(zhǎng)的路要走。例如：鑒于實(shí)際的可見(jiàn)光（或電磁波）包含很多頻率，那么，如何把針對(duì)單個(gè)電磁波頻率的隱身推廣到針對(duì)多個(gè)電磁波頻率呢？還有，如何解決材料對(duì)入射光或電磁波的吸收問(wèn)題呢？這個(gè)吸收的存在直接導(dǎo)致隱身衣區(qū)域出現(xiàn)陰影，顯然，觀察者可以通過(guò)觀察該陰影區(qū)域來(lái)推知被隱藏的物體，故而這個(gè)物體也就被暴露、不再隱身了。
不過(guò)，有了這些問(wèn)題并不可怕，正如愛(ài)因斯坦(1879-1955)所說(shuō)：“提出一個(gè)問(wèn)題往往比解決一個(gè)問(wèn)題更重要。因?yàn)榻鉀Q一個(gè)問(wèn)題或許只是一種技能，而提出新的問(wèn)題、新的可能性，從新的角度去看問(wèn)題，卻需要有創(chuàng)造性的想象力，標(biāo)志著科學(xué)的進(jìn)步。” 這些問(wèn)題，以及更多問(wèn)題陸陸續(xù)續(xù)地被提出來(lái)了，無(wú)數(shù)科學(xué)家正在刻苦攻關(guān)之中。
此外，還值得一提的是，基于麥克斯韋方程組的形式不變性獲得的這類隱身衣，從現(xiàn)象上看，它與上文提及的1940年電影《隱形女人》中的隱身“原理”有一致之處。這也說(shuō)明，科學(xué)與文藝，不僅相通，而且可以互為引導(dǎo)、促進(jìn)對(duì)方發(fā)展。除此之外，君不見(jiàn)文學(xué)名著《西游記》中的神仙千里眼不正對(duì)應(yīng)著今天的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）嗎？還有，《西游記》中的另一位神仙順風(fēng)耳不正對(duì)應(yīng)著今天的手機(jī)、電話等可以遠(yuǎn)程通話的設(shè)備嗎？
可喜的是，鑒于這類隱身衣在電磁波領(lǐng)域的巨大成功，中外科學(xué)家正致力于把該隱身原理推廣到聲波、地震波、水波、以及熱流。無(wú)疑，這些推廣將使得隱身技術(shù)對(duì)人類未來(lái)更加有用，例如：設(shè)計(jì)聲波隱身衣，可以使得人們免收噪聲的干擾；設(shè)計(jì)地震波隱身衣，可以使得建筑物免收地震的破壞，從而保證人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全；設(shè)計(jì)水波隱身衣，可以保護(hù)海邊建筑物，以免被海嘯損毀；設(shè)計(jì)熱流隱身衣，可以使得人類居室四季如春，不受寒暑交替的影響。
責(zé)編：微科普