隱形是否可能？ - 陳子亭

2010年8月3日 - 信報

隱形是否可能？隱形到底是什麼？隱形不但是電影編劇編寫的橋段，也是科學家一直探討的問題。近年科學界在這方面的研究取得突破，科技大學亦在理論上證明了隱形的可能性。

首先，我們所說的隱形，與軍事上的所謂隱形戰機完全不一樣。隱形戰機並非隱形，只是不會被駐於地上的雷達偵測而已。這是由於它外面塗了一層吸收雷達的塗層，而其古怪而非流線的形狀亦會將剩餘的雷達反射到空中。然而如果雷達不是置於地上，而是從另一個角度偵測，則隱形戰機會原形畢露。而且肉眼是完全可以看到隱形戰機的，因此隱形戰機在白天發揮不到效用。

連影子都沒有

我們所說的隱形，是無論從任何角度，都看不到一件物件，而且這件物件連影子都沒有。

解釋隱形狀態之前，讓我先解釋人的眼睛為何會看到物件。物件可被人的眼睛看到，有兩個情況：物件本身會發光，或物件對外來的光線造成反射、折射、散射或造成影子，以致人的眼睛能夠覺察得到。不同的物件有不同的物料與形狀，人腦接收有關訊息後，就可以分辨出所觀察到的物件到底是什麼，譬如是湯碗或者是杯子。

我們想用人工材料來控制光，就要利用材料的性質和結構。好比眼鏡原理也一樣：透過物料的使用與形狀設計，產生光學效應。鏡片的物料是透明、透光度與折射率高的玻璃；將玻璃造成不同的形狀與弧度，成為可控制波與光的光學器件，就可以補償眼球的不足。

由此，我們可以引伸到隱形的狀態。同理，科學家也是利用特有的材料造成某種形狀，從而控制波與光，令物件變成「隱形」或者「變形」的狀態。近十年來，科學界研究用人工製造的、不存在於大自然的「超穎材料」或「超級材料」，探索隱形狀態的可能性。

理論上成立

之前，科學界一直無法證明隱形是否能夠在理論上成立，直至2006年英國科學家發明「隱形斗篷」，利用「麥士維方程」證明其可行性，轟動學術界。一個人穿上用超穎材料製造的斗篷後，隱形斗篷讓光從人周圍繞過，旁人從任何角度看都不能看見這個人或其影子，這個人亦不能看見旁人。這個案例利用折射原理，令隱形在微波（低頻）環境中實現，即雷達等微波無法偵測到物件的存在。隨後，美國杜克大學亦透過實驗證明，將物件包裹在超穎材料中，物質會改變微波的方向，使之繞過物件，令物件隱形。自此，有關研究突飛猛進。2009年，美國加州大學柏克萊分校已有實驗證明，隱形斗篷可以在紅外光與可見光實現。

英國2006年進行的隱形斗篷研究中，「隱形」者與旁觀者雙方都看不見對方。我希望探討的，則是「隱形」者看得見旁觀者，而旁觀者看不見「隱形」者的情況。這個情況與電影《哈利波特》相似─主角哈利波特披上隱形斗篷後，自己看得見別人，別人卻看不到他。

我與香港科技大學的團隊自2006年開始進行有關研究，2009年在理論上取得突破。我探討利用超穎材料，形成干擾器，用以控制電磁波及聲波。我們透過理論建設，發現製造光學幻象的方法，可以造出兩種不同的效果：第一是透過器令射在物件上的光線產生散射作用被抵消，令物件「隱形」；第二是透過干擾器射出特定的影像、改變物像，譬如蘋果看起來變成香蕉，湯碗看起來變成杯子等等，即令物件「變形」。

【圖一】顯示我們想變成隱形的物件（簡稱為A）；【圖二】顯示我們使用干擾器（簡稱為B），造成光的散射被抵消，令物件變成隱形。要達到這個效果，A與干擾器結合起來的光學效果，與一團空氣相同。而且和現時的隱形飛機不同，我們干擾器的效果不會因為光的入射角度而改變。但如果換上不同的物件，則干擾器亦必須有所更改。換句話說，干擾器必須為物件度身訂造，我們必須認識物件的本質，方可令物件隱形。如果物件改變了，我們要相應地改變干擾器，方可成功。

【圖三】顯示變形的情況：原來的「物件」為一位男性，受到超穎材料干擾器的影響，物件的折射程度被改變，射出一位女性的影像，令物件「變形」。

【圖四】亦顯示變形的情況：原來的物件為一隻湯匙（左），受到超穎材料干擾器的影響（中），物件的折射程度被改變，射出一隻杯的影像（右），令物件「變形」。

三維超穎材料

這種光學幻象其實在日常生活中也能看到。比如海市蜃樓：在沙漠的高溫下，空氣由天空落到地面之間經過很大的溫差；在不同高度的空氣裏，光的折射率不斷改變，以致光走了一條「彎路」。人看着地上的沙就會有幻覺，以為看到水，其實是看到天空的景致。

現時，所有關於隱形的理論都是建基於三維（立體）的超穎材料，而實驗都是以二維的超穎材料製成。要製造三維的超穎材料，現在為時尚早。從技術與成本來說，現在要製造這些材料，好比一千年之前製造玻璃一樣，成本高昂，技術複雜。所有的超穎材料，它必須有比光的波長要小的微結構；由於光的波長只有數百納米（十億分之一米），超穎材料的微結構就必須是光波長的十分之一：即是現時人類技術的極限。

所以現時的理論突破，與將來的應用投產尚有一段距離。雖然如此，我們在理論上證明隱形的可能性之後，科學界其他學者正試圖使之實用化，譬如他們不一定要造出百分百隱形的狀態，如果他們只需要造出90%的隱形狀態，難度可能低一百甚至一千倍。

香港科技大學納米材料技術研發所所長