隐身斗篷
像魔法师一样行走

有一个古老的梦想：你穿过大街小巷，大家却看不见你。只要披上一件魔法斗篷，你就隐身了。到时候你就能做出史上最成功的恶作剧！尽管想要这件魔法斗篷的目的大多不太美妙，但也许我们每个人一生中都有想到这个主意的时候。

你看见我了——你又看不见了

因此，2006年北卡罗来纳州杜克大学的研究员宣布，他们研发出了一件可以实际使用的斗篷装置时，全世界的人都竖起了耳朵！不过，大家最初的热情被稍稍打击了一下，因为他们补充说，这件“斗篷”只对较小的东西起作用，只能不被微波“看见”，而且只是从特定角度看才看不到。因此，它并不能让一件物品不被肉眼看见，只是若把它放在工作中的微波炉里，它不会变热。不过，这依然算是个不错的开局。可到底“隐身斗篷”是怎么起作用的呢？

光线拐弯——隐身的第一步

要想明白隐身是怎么实现的，我们首先得弄明白是什么让我们看见东西的。古希腊人假设，我们的眼睛就像光线发射器一样工作，可以发出一种感官光线，只要光线落到一样东西上，我们就能看到那样东西。如今我们知道了，事实其实正相反：是太阳（或者其他来源）发出的光线落在一样东西上，我们才能看见它。在落在它上面的所有光线中，有的被吸收了（使它发热），有的则被反射出来，这取决于光线的波长。只要被反射的光线进入我们的眼睛，我们就会看到那个方向的某种颜色（具体什么颜色也取决于波长）。

道理很简单：要让一样物品无法被看到，我们只要让光线找不到它就可以了！所以隐身斗篷应该只要引导光线绕开它盖着的事物就行了。不管什么时候有光线到达斗篷，斗篷都不能向任何方向反射光线，而是应该改变光线的传播路径，让它从斗篷的另一边出现，就好像光线的去路上从来没有障碍物一样。

折射——这东西能帮上忙吗？

说到这儿，大家该知道了，隐身斗篷要想起作用，得让光线拐弯才行。各种材料都可以做到这点，这叫折射！每当光线从一种媒介传播到另一种媒介时，它的方向就会发生改变，折射就发生了。这就是为什么我们赤手空拳很难捕到鱼的原因：鱼其实并不在我们看到的地方，而是在稍稍偏离那个位置的地方。原因就是当光到达鱼身上，再穿过水与空气的边界，到达你的眼睛时，光发生了折射。那么，可以利用这个原理让鱼完全无法被看到吗？

这就涉及一个大问题：光穿过一样东西时的折射角度取决于所穿过的材料。真空的折射率正好是1，空气的折射率比1略大，水的是1.33，玻璃的则约为1.5，其他材料的折射率不尽相同。世界上一般材料的折射率都基本等于1或比1大！因此，光只能向靠近物体的方向拐弯，无法向远离它的方向拐弯。要引导一道光线凭借折射绕过一样东西，我们需要的是折射率小于1甚至为负数——也就是小于0的材料！

折射率：问题的关键

拥有这样折射率的材料将具有非常特殊的属性。如果一种材料折射率在0到1之间，光不仅会朝远离物品的方向弯折，还会运动得比光速快。在折射率为负的材料中，光会倒着传播！这是不是听上去挺没道理的？

超材料：让光线按照我们的意志拐弯

这正是杜克大学的研究院得到的成果：制造一种实际上具有小于1的折射率的材料。他们是怎么做到的呢？是这样的，这种材料的光学性质并非仅来源于它含有的原子类型，还源于这些原子的排列组合方式：这些原子形成了一个圆环，由许多微小铜结构组成的阵列构成，铜结构的宽度是微米级的。只要某种波长的光波到达这些小小的结构，它们就开始放射电磁波，就像成千上万根小天线。因干涉（波叠加或抵消生成新波形），这些小小的波会累加起来，最后形成的光波将向与最初不同的方向传播。光线改变的方向就可以让这种材料表现出折射率小于1的效果。

因为电磁波干扰很大程度上取决于实际的波长，所以请不要吃惊——我要告诉你它在某种特定的频率下才有效。具体到这个例子，我们说的是微波。但它确实起作用：如果圆环被来自某个方向的微波照射到，微波就会被引导着绕过圆环，在另一侧出现，就好像它的前进的道路上不曾出现任何遮挡。此外，任何置于圆环中央的物品都将与微波辐射完全隔绝。

这些材料的光学性质是通过它们的微观结构特别设计的，也被称为超材料。在过去的十年里，这些材料的研究呈爆炸式增长。很快。不同款式的“隐身斗篷”就生产出来了，可以供更大的物体或移动的物体使用，有时甚至连可见光中的某些部分都适用。

“隐身”也适用于其他类型的波

这里从本质上讲利用的是光类似于波的属性，那么我们可以问这样一个问题：其他类型的波也可以这么做吗？当然可以了！就在几年前，杜克大学的研究员展示了一件“安静斗篷”。这件斗篷是用3D打印材料制作的，能完全屏蔽声波。图3就是它的样子。若是有人披上这样一件安静斗篷，他将无法听到外界的任何声音：声波会都从它周围绕过去。蝙蝠一定会直愣愣地朝它飞去，因为就连蝙蝠的声呐都“看”不到它。人们可以很容易想到这斗篷的其他用处：通过打造合适的障碍物，人们可以引导波浪绕过小岛。有些小型群岛常常有因为暴风雨侵袭被淹没的危险，可能对于它们而言，这东西非常有用。不过，盖座坚固的房子或买件质量上乘的雨衣会更实惠……

不管怎样，我们说了这么多，做了这么多，最后的结论是，就在写这本书的时候，世上还没有能让我们感觉像哈利·波特那样的斗篷问世。尽管眼下在这个领域中人们正在做许多研究，但是我们距离在街上走却没人看得见那一天还有很多路要走。不过，谁知道未来会怎么样呢？