"隱形斗篷" 藏匿貓和魚

玻璃稜鏡的排列使光線繞過物體,但無法隱藏自身

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一條魚遊入一個 enclosure(圍 enclosure)並消失了,而後面的浮萍仍然清晰可見。一隻貓爬進一個玻璃箱子裡也消失了,箱子後面的場景透過玻璃仍然清晰可見。這項隱形斗篷科學的最新成果是迄今為止最簡單的實現方式之一,但不可否認其引人注目的效果。

“隱形箱”是由中國杭州浙江大學陳洪勝及其同事領導的一個研究團隊設計的。研究人員在一篇釋出在線上知識庫 arXiv 上的論文中描述說,該箱子基本上是由一組高質量光學玻璃製成的稜鏡,這些稜鏡使光線繞過放置稜鏡的 enclosure(圍 enclosure)內的任何物體。

陳和他的同事鄭斌去年首次公開了這個原理,他們使用六個楔形稜鏡排列成六邊形,可以隱藏小物體。研究人員現在使用了一個類似但更大的六邊形稜鏡,放置在一個魚缸中。當一條魚遊過中心孔時,它消失了,而斗篷後面的浮萍仍然清晰可見。


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第二個演示使用八個稜鏡的方形排列,中央空腔足夠大,可以讓貓爬進去。研究人員將電影穿過斗篷投射到後面的螢幕上。從正面看,當貓坐在空腔中或將頭伸入內部時,貓的部分身體會消失,而後面的場景——一片鮮花,蝴蝶在花叢中飛舞——可以透過玻璃看到(見下面的和底部的影片)。

玻璃稜鏡的排列使光線繞過斗篷內部的空間,因此觀察者看到的螢幕上的場景就好像貓不存在一樣。
圖片來源:《自然》雜誌

這些斗篷本身是可見的,並且僅適用於某些觀看方向。一位經驗豐富的觀察者還可以測量到不同的光線在裝置內部傳播了不同的距離。

因此,這種技巧可以說更接近於維多利亞時代音樂廳中使用傾斜鏡面佈置的“消失術”,而不是現代使用稱為超材料的物質,透過以非自然的方式引導光線來實現隱形。這些材料由電導元件陣列製成,這些元件與光相互作用,從而產生奇異的光學效應,例如負折射率。

原則上,超材料可以創造“完美”的隱形——這使得斗篷本身及其內容物都不可見。然而,在可見光波長下工作的超材料非常難以製造。陳的同事、新加坡南洋理工大學的張百樂,以及倫敦帝國學院的約翰·彭德里及其同事已經證明,使用透明材料(如方解石晶體)塊可以實現宏觀物體的部分可見光隱形,在方解石晶體中,光以不同的速度在不同的方向傳播。

這些部分隱形斗篷將隱藏物體,但自身仍然可見。“每個人都希望擁有一個可以隱藏可見光下的大型真實物體的斗篷,但實現這一點需要對理想理論做出一些妥協”,彭德里解釋說。

彭德里說,他表示,陳和同事們現在在做出此類妥協方面“比大多數人都更進一步”,他們放棄了對保持透射光中相位關係的任何關注。“因此,作者可以報告一種相當大的斗篷,它可以在大部分可見光譜範圍內工作。”

陳和他的同事們寫道,這種簡化對於許多應用是合理的,例如在安全和監視領域,人們可以想象將觀察者隱藏在看起來是空的玻璃隔間中。

本文經《自然》雜誌許可轉載。該文章於 2013 年 6 月 11 日首次發表

Philip Ball 是一位居住在倫敦的科學作家和作家。他的最新著作是《生命如何運作》(芝加哥大學出版社,2023 年)。

更多作者:Philip Ball

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