


如果可以擁有一種超能力,你最想要的是什么?是可以瞬間移動的幻影移形,還是可以透視萬物的超級眼睛,抑或是可以舉起千斤重物的巨大力量?除了以上這些,還有一些人的答案可能會是隱身術。很多人都知道利用顏色的隱身,如動物和植物的保護色,那么還有其他的隱身方法嗎?
在北京舉辦的“bilibili 超級科學晚”活動現場,中國科學院院士褚君浩介紹了多種光學隱身方法,并現場展示了利用特殊材料制作的隱身衣,引得無數人連連稱奇。隱身究竟是什么?物體可以憑空消失嗎?隱身在現實生活中真的可以實現嗎?
今天,我們就通過北京交通大學物理科學與工程學院副教授陳征博士的3個小實驗,來一起揭秘“隱身術”!
消失的紙片
隱身過程:準備一塊直徑2 厘米的棕色圓形小紙片和一個透明的一次性塑料水杯。我們把圓紙片放在手掌心,再把空塑料杯放在紙片上。這時,透過水杯斜著觀察,我們可以清楚地看到手掌心中的圓紙片。接下來,我們在水杯中放入大半杯自來水,重復剛才的步驟,把圓紙片放在手掌中,再把盛有水的透明塑料杯放在紙片上。這時候再透過水杯斜著觀察,棕色的圓紙片不見了!杯底看上去只是一片亮亮的底面。
科學原理:這實際是一個全反射現象。因為手掌中的小紙片和杯子底之間有一個小小的空氣層,當水杯中盛有水時,水與空氣折射率不同,這個空氣層導致光發生了全反射,所以人們就沒有辦法觀察到小紙片。如果想觀察到小紙片,我們可以在手上倒一點水,再將盛水的塑料杯放在手中的小紙片上,這時候再看,就可以看到小紙片了。因為紙片與塑料杯底之間的空氣層消失了,全反射現象也就沒有了。
消失的玻璃管
隱身過程:準備一根透明玻璃棒和兩個透明玻璃杯,一個盛半杯自來水,一個盛半杯甘油。先把玻璃棒插入盛水的杯子中,透過杯子看,玻璃棒清晰可見,好像還有點“變胖”。然后把玻璃棒插入盛有甘油的杯子中,插入甘油的那一截玻璃棒消失了!
科學原理:我們能看到透明的玻璃棒,是因為光透過玻璃棒發生了偏折,背后的景象經過玻璃棒時發生畸變,我們的眼睛就看到了玻璃棒;將玻璃棒放入水中,光透過時依然發生折射,所以我們還是能看到玻璃棒。但將玻璃棒放入盛有甘油的杯子中為什么看不到了呢?這是因為甘油的折射率是1.47 左右,高硼硅玻璃的折射率也是1.47 左右,它們的折射率基本相同,光在經過的時候就幾乎不發生折射,因此,我們就很難看到玻璃棒了。
消失的筆
隱身過程:準備兩支顏色鮮艷的筆,一支外觀是紅色的,一支外觀是綠色的,另外準備一塊光柵(若干個類似玻璃棒的柱面透鏡),將其排列在一起。我們把兩支筆十字交叉擺在一起,手持光柵在兩支筆上方,透過光柵來看,紅色的筆消失了!把光柵旋轉90 度,再看一次,綠色的筆消失了!
科學原理:光柵是若干個類似玻璃棒的柱面透鏡排列在一起組成的光學器件,光線透過光柵的時候就相當于透過若干個玻璃棒,發生折射。光柵背后的紅色筆與光柵柱面方向一致,它的像因為折射而變得非常窄,在人們的視野中就不容易被發現,因此,紅色的筆“消失”了,而與光柵柱面垂直的綠筆則不受影響,還可以被看到。當我們把光柵旋轉90 度的時候,綠色的筆與光柵柱面方向一致,就“消失”了,紅色的筆垂直于光柵柱面,就可以被看到。
看完上面三個“隱身術”,你是不是發現了一個秘密:隱身實際上是一場光學的游戲,是光通過不同物體時發生了折射從而“欺騙”了我們的眼睛。那么還有其他方式的隱身嗎?當然有!隱身不僅可以出現在我們身邊,在關系到國防事業的大國重器中,也時常有隱身的秘密武器。
也許你聽說過隱形戰機,它們是如何隱形的呢?實際上,隱形戰機的隱形有兩個方向:一個是指在敵方探測系統中隱形,另一個則是指肉眼隱形。在敵方探測系統中的隱形主要是減小飛機的雷達反射面,從技術角度講,其主要措施有設計合理的飛機外形、使用吸波材料等;也可以采用降低紅外輻射的方法,主要是對飛機上容易產生紅外輻射的部位采取隔熱、降溫等措施。另外一種意義的隱形戰機則是運用隱蔽色降低肉眼可視度,從而達到隱形的目的,很多動物和植物都是利用隱蔽色實現隱形的高手。
隱身術,這個出現在許多奇幻故事中的詞語讓很多人著迷。從前我們聽到隱身術,總能聯想到高深莫測的絕世武功或者不可解釋的異域魔法。實際上,當我們深入了解它,就會發現,無論是何種方式的隱身,都離不開對科學知識的掌握。科學總是能為我們帶來許多的奇跡和驚喜,這就是科學的無限魅力。
(責任編輯:李睿嫻)