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那福忠,知名電子出版專家、網路作家。
   
  隱形人解密
 

那福忠 June 19, 2006

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   英國作家 H.G. Wells (1866–1946) 在 1897 年寫了一本小說「隱形人」(The Invisible Man),成為百餘年來科幻題材的經典,只要把一件隱身衣披在身上,立刻隱形,別人就看不見你,可以為所欲為。擴大應用領域之後,用在戰爭的車船飛機也有隱形功能,敵明我暗,打起仗來無往不利。科幻影片星艦迷航 (Star Trek) 系列,就用了不少隱形「技術」。科幻永遠走在現實的前面,一百年之後,科學家最近宣佈,已經找了可以隱形的理論,現正做實驗,估計一、二十年以後,就有隱身衣可賣了。

   「隱形人」小說裡,是說一位異想天開的年輕科學家,用化學方法改變人體的特質,在不影響生理功能之下,降低人體組織對光線的折射指數 (Refractive Index)。我們知道,光線遇到阻擋會折射與反射,所以我們才會看見四周的景色人物,但光線通過空氣則什麼都看不到,如果把人體組織對光線的折射數值,降低到空氣對光線的折射數值,那麼光線通過人體,也就隱形的什麼都看不到了。這位科學家先拿動物實驗,最後用自己實驗,隱形雖然成功,卻回不來了,必要戴帽子、口罩、眼鏡、穿衣服來恢復人形(如上圖電影劇照)。最後這位科學家挺而走險,沒落得好下場,當然這是小說的情節。

   Wells 雖然是一百多年前的人,提出來的隱形理念並不差,但在施行上,現在的技術則更為先進可行。倫敦帝國學院 John Pendry 爵士,是知名的「隱形專家」,淺顯的解釋隱形理論說,只要引導光線、以及其餘的電磁波,繞過要隱形的東西,不製造陰影、不發生反射,那件東西就看不見了。怎麼樣讓光線繞道而行?那就要在隱形物上加一層特製的材料,或蓋上用特製材料製做的隱形罩。這種材料以前沒有,現在藉奈米技術之賜,材料發展得越來越細緻,在技術上逐漸可行,這種材料稱為進階材料 (Metamaterials)。

   進階材料,是用工程方法製作出來的「人工材料」,不同於一般我們所了解的「天然原料」,進階材料雖然仍以天然原料製成,但其特性依原料的物理結構而異,而非維持原料的化學特性,這一點以對電磁類波的反應為甚,無論進階材料用什麼原料製成了,對電磁類波如光波、微波,是依照其結構設計、而不是依照原料的天然特性來反應的。Pendry 教授說,他已經找到了一種製造特殊進階材料的方法,不論光線從哪一方向照射,都能讓光線彎曲,所以理論上任何形狀的東西,都能讓它隱形。Wells 說用化學方法讓光線折射,以目前的技術行還做不到。

   Wells 一百年前說的沒錯,製造隱形的效果,主要在光線的折射指數,也就是光線穿越物件在方向上的改變。光線挑選兩點之間最快的路徑行進,所以通常是一條直線,但進階材料可以讓光線繞過物件成為最快的路徑。要完全隱形,光線繞過物件之後,要還原到遇到物件之前的路徑方向,否則的話會製造物件的陰影,在繞過物件的同時,也不能讓光線反射到任何方向去。這一思維,有如把進階材料想像成一個空間,在那個空間裡,光線能彎曲折射、同時也不反光。

   目前最大的技術挑戰,在製作讓光線繞道的進階材料,因為要讓光線折射,所以材料的每一個單元要比光波波長來得小,光波波長約為 0.5 微米,即百萬分之 0.5 公尺,細小的程度已經到了分子的層次,製作並不容易,好在奈米工程的繼續進展,應可加速其進展。光波雖然困難,微波 (Microwave) 卻可以一試,因為微波波長 3 公分,製作容易得多,而且實驗已經開始,把許多幾釐米大的銅條與 C 型銅環鋪在一個玻璃纖維板上,好像電子設備的電路板,組成一個進階材料結構,可以接收微波信號,但收到信號之後,立即產生電磁場,經方向的調整,就可以導引微波轉向。

   這個實驗是由美國普渡大學 David Smith 與 David Schurig 兩位教授,與 Pendry 教授合作,在美國國防部先進研究計畫資助下進行的,預期今年之內就能展示隱形的理論。微波不是光線,不能把東西隱形,但卻能讓雷達看不見,因為雷達發出的正是微波波長,這一進階材料可以用在隱形飛機上,或衛星與太空飛行器上,防護來自太空的電磁波干擾。致於隱形材料的研製,隱形衣的販賣,估計還要等上一、二十年。

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