超材料造就“隐身术” _古老

在牛顿论著《光学》问世三个世纪后的今天，这门古老科学越发变得不可思议了。过去十年间，物理学家和工程技术人员另辟蹊径地通过对光的导向和操控，创造出突破普通透镜分辨率极限的超级透镜，甚至还能给物体披上隐形“斗篷”使之消失不见。
【超材料造就“隐身术”】这些业绩是新兴技术和巧妙构思大致上各占一半的产物。所谓的技术是指“超材料”：细棒、小环和丝状等性质匪夷所思的材料的聚集。所谓的构思则与变换光学有关，即告诉科学家如何通过对超材料的量身定制，来形成类似隐形那样的效应。
超材料是通过对光和其他电磁波的引导来发挥作用的。当光波射入玻璃等正常材料时，材料会改变光的电磁场，使光波逐渐放慢而形成特定的新速度。这一减速过程赋予新介质以不同的折射率。这种效应有助于解释吸管在盛满水的玻璃杯中，何以一触及水面就仿佛折弯的原因。在天然材料中，按既定角度入射的光波总会更加陡直地一头扎进材料——折射率大于1的醒目标志。
俄国物理学家维克多·韦谢拉戈早在1968年就推断：让材料形成负的折光率，进而使光波发生更彻底的折射是切实可行的。用这样的材料能够制成超级透镜，使光得到较之曲面透镜更好的聚焦。但这个理念遭到了长达数十年的冷遇，直至90年代后期才引起伦敦帝国大学物理学家约翰·彭德瑞的重视，认定细长形的碳素纳米管有助于吸收无线电波。
彭德瑞的构思引发了络绎不绝的实验。2001年，彭德瑞和美国同行大卫·史密斯合作研制成负折光率的微波材料——虽然这一成果花费了数年时间才为科学界所认可。仅仅过了几年，就有其他团队报告在制作超级透镜和超超透镜等相关装置方面取得的初步成功。2006年5月，彭德瑞和英国圣安德鲁大学理论家乌尔夫·莱昂纳特报告称：可以通过引导物体周围的光，用超材料使该物体趋于隐形，其原理有点像绕巨砾涓涓细流的水。5个月后，史密斯的博士后大卫·舒立克便向世人展示了一个环状隐形装置。
这个装置并不完美，只适合于特定频率的微波。真正的进展在于它背后的理念。爱因斯坦在他的广义相对论中阐述：空间和时间是有可能按改变光轨迹的方式发生拉伸和扭曲的。所以莱昂纳特和彭德瑞便设想通过弯曲空间来控制光绕开圆形区域，使洞孔内的任何事物隐没不见。
理论家意识到可以通过给没有扭曲的空间区域充填电磁波按特定方式变动的超材料，来模拟这种对空间的极端拉伸。他们奠定了实现那种变形的数学理论。从原则上说，那种理论能让从事实验的人几乎以他们希望的任何方式使光发生弯曲，其先觉条件是能相应地塑造超材料。奇迹层出不穷。2008年，加利福尼亚大学伯克利分校的张翔及其同事创造出第一个在三维空间起作用的隐形装置。相关“斗篷”的覆盖范围是红外射线和可见光。

何积惠文汇报