2009年4月15日 – 信報
最近學界有所謂「隱形左派」，民間一向有「隱形富豪」，在一些關鍵時刻我們卻可能遇上「隱形特首」。對於「隱形」的意義，大家似乎已是心領神會，那今天我們就認真地談談「隱形」的實際可能性—不是軍事上那種只騙過雷達的「隱形」，而是回到上述我們對「隱形」最原初的認知：「自肉眼視界中憑空消失」。這種真真正正的「隱形」，在技術上可行嗎？
這些年間，「隱形」已經悄悄地從科幻神話走進科學期刊，從想當然的魔術變成以物理學為基礎的實驗技術。正如所有嶄新學科，科學家仍在摸索各種達至隱形的手段，有點令人眼前一亮的是，走在這科學最前端的學者中，也包括幾位香港學者。本文會為大家介紹隱形的原理和港人在這方面的貢獻。
首先我們要知道隱形其實是什麼一回事。我們看見一件物件，是因為它把光線反射到我們眼中。可是，要令這物件隱形，並非令到它不反射這麼簡單——這只會在我們眼前製造一個黑影。若要得到隱形的效果，那在見不到物件的同時，我們還必須看見「躲」在其背後的背景。
最容易想像的方法是：要令其隱形，必先令其透明。1897年出版的科幻小說The Invisible Man的主角就是發明了一劑處方，吃了之後可以令身體的折射率（refractive index）跟空氣一樣，光線便會像穿過空氣般穿過他的身軀，既不折射也不反射，達至隱形的效果。
空氣的折射率是1，一般物質（例如水和人體）的折射率卻大於1，因此空氣中的光線碰到物質時會改變路線（反射、折射或兩者皆有），這也是為何浸入水中的樹枝看上去像屈折了的原因。
一件物體的折射率就像是對光線的一道「指令」，「告訴」光線碰到其表面之後的路線，如果這物體的折射率跟空氣一模一樣，對於光線（和我們的視覺）來說，這物體也跟空氣一模一樣。可惜，這方法知易行難，科學家惟有另謀他法。
另一個方法，就是為物件度身製造一個可以「卸開」光線的「光學外殼」。如【圖A】所示，紅色地方是物件本身，藍色那層就是光學外殼。這層外殼本身可讓光穿過，但特別之處是，外殼會令進入的光線拐彎，將光線引導離開外殼的中心部分。經此一卸，任何被這外殼包圍的物件，就不會沾到絲毫光線；離開外殼前，光線會被還原到原來的軌迹。於是在我們這些外在觀察者看來，外殼及其內在物，好像從來沒有出現在眼前。
獨特光學特性
想法是這樣，但科學上可行嗎？光的法則容許我們這樣做嗎？科學家告訴我們，把光線如圖般引導，這外殼需要一個「少於1」的折射率。
上面說過，一般物質的折射率大於1，大自然很難找到少於1，或需要人工製作；這些人造物料泛稱metamaterial，由於折射率「少於1」，它們的光學特性非常獨特，除了製造「隱形外殼」，還有很多其他用途。製作metamaterial又是另一門日新月異的頂尖學問。
2006年10月，一組科學家成功地製作了一個「隱形外殼」，示範了這概念的可行性。可惜這技術有一弱點：所有人看不到你，可是你也看不到所有人——隱身在殼內的物體是「盲」的，因為其與外界光線完全隔絕，就像處於一個絕對漆黑的房間。
所以科學家想出第三個方法：魔鏡。試想像，你拿着一塊普通的鏡子，當別人看着你的時候，他會看見兩個「你」：一個真實的「你」，以及一個從鏡子反射出來的「你」。
這裏說的魔鏡同樣會把光線反射，但有其詭譎之處，在視網膜上，經魔鏡反射出來的影像，和不經魔鏡的那個原本影像，兩者在眼中剛好互相「抵銷」：在觀察者的眼中，魔鏡反射出來的那個「你」會剛好抵銷真實的那個「你」，也就是說「看不見」你了。由於你處身於魔鏡以外，仍可以接收外界光線，儘管別人看不見你，但你仍然可以對別人瞭如指掌。
2006年3月，一組科學家提出這個「魔鏡」理論，不過他們的「魔鏡」有很大的局限，實用意義不大。例如，這「魔鏡」只能隱藏一條線，一條理論上沒有闊度只有長度的線（把問題由三維簡化至一維，這是物理學家喜愛的處事方式：首先把問題簡化，解決了簡化的版本之後，再研究怎樣把結果推廣至更複雜的層面）。
詭譎「魔鏡」理論
讓我簡略地說說「魔鏡」的構造。「魔鏡」有兩層，裏面一層是空氣（或跟空氣擁有相同折射率的物料），外面一層的折射率跟空氣剛好「相反」，例如空氣的折射率為「1」，外面那一層便是「－1」（這是比上面「隱形外殼」的要求更進一步，「隱形外殼」要少於1，不過仍是正數；「魔鏡」要負數。負折射率的物料在大自然當然更找不到了，製造「魔鏡」又得靠metamaterial）。不過正如前述，這種結構的魔鏡只能夠隱藏一條一維的線，亦即是那個不大實用的版本。
直至2008年11月，「魔鏡」技術有了突破。香港科技大學的賴耘、陳煥陽、張昭慶和陳子亭發現了一個方法，可以令「魔鏡」隱藏一件物體，一件有長闊高的三維物體。這更接近現實了。
四位科大學者的突破就是在「魔鏡」外面那一層之中嵌入一個「反像」，這「反像」的光學特性和需要隱藏的物件剛剛「相反」，例如我要隱藏一顆骰子，這骰子的折射率是「1.5」，那「反像」便是「－1.5」。
因此，這「魔鏡」其實包含了三層物料：最內層的像空氣，外層是空氣的「相反」，外層中間再嵌入骰子的「反像」。由於每件物件的折射率和形狀都不一樣，這「魔鏡」是要根據需要隱藏的物件而訂造的。
科大學者已經用電腦模擬証實了這「魔鏡」的可行性，他們正和一些美國大學合作製作一個試作品來示範，大家拭目以待吧。科大學者們的論文發表之後不久，又再有人想出其他隱形的方法，由於篇幅所限，不贅。
從實驗室突圍
有關隱形的想像，除了理論的突破，還取決於metamaterial的製作。我們日常見到的光線是有多種波長的，但由於製作技術的局限，現時的metamaterial只對某一個波長的光線才起到作用，例如某個「隱形外殼」或「魔鏡」只對紅光有效，在只有紅光的情況下「當然隱形」，但在有多種波長的日光照射下便會「忽然現形」了。Metamaterial是另一門有趣學問，製造隱形物料只是其眾多用途之一，將來有機會再向大家介紹。
雖然隱形技術在短短數年有長足的進步，它離開日常應用還有一大段距離。說到底，隱形是一門嶄新的科學，發展日新月異，大家都在摸索，最後哪一個方法能夠從實驗室突圍而出走進日常應用，誰都說不準。
但在這個金融城市，得知幾位香港學者在此學術競賽中佔一席位，畢竟教人耳目一新。
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