隱身衣的遐想

雅虎於2007年4月6日登了一條消息，說去年科學家們找出了可以製造象電影哈裏波特裏麵的隱身衣那樣使物體從人們視野中消失的數學公式，而且印第安納州的普度大學（Purdue University）的工程師們已根據那些公式設計出了可以使物體消失的設備。至於如何可以做到這一點，該文章隻提到了這種設備可以使光線在它的表麵繞行而不被反射。

如果這種設備真的能製造出來到是又圓了人們長期以來的一個幻想，未來的科技館裏又多了一個供少年兒童們遊玩的有趣的裝置。我這裏想根據這篇報道中的簡單的說明來遐想一下如果這樣的設備確實能夠製造出來，大概會是怎麽來製造的。當然這裏涉及的很多具體的技術我並不了解所以就不可能猜出具體的設計，好在哲學的分析隻局限於高層次的思考，並不需要象科學的探索那樣一定要深入到具體的細節中去。

首先，要想讓一個物體從人們視野中消失，這個物體的表麵不能反光，這一點在該篇報道中也已提到。今年三月份的自然光子學（Nature Photonics）雜誌報道了美國科學家已經用納米技術生產出了表麵幾乎完全不反光的透光材料，所以說讓隱身衣的表麵不反光基本上已經是可以做到的了。

其次，要想讓一個物體從人們視野中消失，還需要讓任何一個注視該物體的人能夠看到物體背後的景致，也就是說要讓射到物體表麵的光線能夠繞過該物體然後繼續沿原方向向前射去。在材料的表麵反射問題解決了以後，要做到這一點看來倒是比較困難。雅虎的那篇報道中隻是說普度大學設計的設備可以使光線繞著它的表麵而行，但是我們仔細想一下就會發現單單讓光線繞著表麵而行是會有問題的。射到物體表麵的光是來自各個方向的，有來自物體背麵的，也有來自物體側麵的，如果都一起延著表麵繞行，就算最後射到了觀察者的眼中，觀察者所看到的也將是象海市蜃樓一樣的連側麵遠處的景致都在內的幻象。

所以，為了要讓觀察者看到的隻是被隱形物體擋住的背後的景致，就必須讓來自不同方向的光線到達該物體表麵後按照各自特有的光路前行，這首先要求隱形設備能夠識別光線來自什麽方向，且將不同方向的光線分離開來。這意味著隱形設備能夠將空間方向均勻地分成若幹（也許幾百，也許幾千或更多）個球麵角。當然，由於空間球麵角不象一個平麵角那樣可以任意地進行簡單均分，如何來對隱形設備來劃分空間球麵角取決於設計要求，但是有一點可以肯定，那就是我們並不需要嚴格的均分，隻要大概差不多就可以了，甚至可以象由正五邊形和正六邊形混合而成的足球表麵那樣地用不同的球麵角來混合劃分空間方向。

對空間方向進行均分之後，還需要為不同的方向設置不同的光路，這一點可以通過製作一個由很多（數目為均分出的球麵角數目的一半，厚度在微米量級即可）層超薄的彼此之間不透光的導光薄層合在一起組成的外殼來實現。

有了對應著不同空間方向的光路之後，還需要考慮如何把射到隱形設備表麵的不同點上的來自同一方向的光線都導引到表殼內的同一光路層中去，然後再延著與原方向平行的方向射出該導光表殼繼續向前射去。為了做到這一點，還需要在隱形設備的表麵分布密密麻麻的光線接收頭，每個頭上有可接收來自可以射到該點的不同方向光線的小探頭，這些小探頭的外端需要具有可以將來自不同方向的光線引導到與該方向相應的光路層中去的功能，內端則需要具有可以將光路層內導過來的光線延著與原方向平行的方向射出去的功能。

雅虎的原文中提到目前的設計隻能對單一的單色光有效，我猜這是由於不同的單色光的折射率不同而造成的。這個問題可以通過對經過色散後的不同的單色光設計不同的光路來解決，但是那將使問題的空間數學難度大大增加。所以我猜最後的解決辦法可能還是象解決表麵反射問題那樣地求助於材料科學，通過找到對所有的單色光的折射率都基本一樣的材料來解決。

我的高層次的遐想也就隻能到這一步了。我這裏僅根據雅虎的那篇報道，運用大家熟悉的基本常識和邏輯，從哲學的層次來對這個我從小就感到好奇的隱身設備進行一些遐想，反正我不是工程師不需要負設計上的責任，即便不對也隻是供大家一笑而已。但是根據我上麵的遐想構思出來的隱身衣肯定是硬殼的而不是象大家在哈裏波特電影裏看到的那種軟披布，將來如果遍地都是這種東西也麻煩，萬一誰行車走路時沒有注意不小心撞了上去豈不痛哉？不過呢，根據我前麵的遐想，由於不是所有的打到隱形體表麵的光線都能進入表殼光路且從另一側射出的，而是有一部份被阻住損失掉了的，因此觀察者所看到的隱形體部分的光線應該比周圍的背景光線暗一些。另外，在隱形體邊界上的光線能否完全與周圍的光線在方向上嚴格擬合還是有一定難度的問題。所以，根據我的遐想得出的隱形體是從遠處比近處隱形的效果更好，而且是對大物體或小物體的隱形可能比中等物體效果可能更好。