隐身衣的遐想

雅虎于2007年4月6日登了一条消息，说去年科学家们找出了可以制造象电影哈里波特里面的隐身衣那样使物体从人们视野中消失的数学公式，而且印第安纳州的普度大学（Purdue University）的工程师们已根据那些公式设计出了可以使物体消失的设备。至于如何可以做到这一点，该文章只提到了这种设备可以使光线在它的表面绕行而不被反射。

如果这种设备真的能制造出来到是又圆了人们长期以来的一个幻想，未来的科技馆里又多了一个供少年儿童们游玩的有趣的装置。我这里想根据这篇报道中的简单的说明来遐想一下如果这样的设备确实能够制造出来，大概会是怎么来制造的。当然这里涉及的很多具体的技术我并不了解所以就不可能猜出具体的设计，好在哲学的分析只局限于高层次的思考，并不需要象科学的探索那样一定要深入到具体的细节中去。

首先，要想让一个物体从人们视野中消失，这个物体的表面不能反光，这一点在该篇报道中也已提到。今年三月份的自然光子学（Nature Photonics）杂志报道了美国科学家已经用纳米技术生产出了表面几乎完全不反光的透光材料，所以说让隐身衣的表面不反光基本上已经是可以做到的了。

其次，要想让一个物体从人们视野中消失，还需要让任何一个注视该物体的人能够看到物体背后的景致，也就是说要让射到物体表面的光线能够绕过该物体然后继续沿原方向向前射去。在材料的表面反射问题解决了以后，要做到这一点看来倒是比较困难。雅虎的那篇报道中只是说普度大学设计的设备可以使光线绕着它的表面而行，但是我们仔细想一下就会发现单单让光线绕着表面而行是会有问题的。射到物体表面的光是来自各个方向的，有来自物体背面的，也有来自物体侧面的，如果都一起延着表面绕行，就算最后射到了观察者的眼中，观察者所看到的也将是象海市蜃楼一样的连侧面远处的景致都在内的幻象。

所以，为了要让观察者看到的只是被隐形物体挡住的背后的景致，就必须让来自不同方向的光线到达该物体表面后按照各自特有的光路前行，这首先要求隐形设备能够识别光线来自什么方向，且将不同方向的光线分离开来。这意味着隐形设备能够将空间方向均匀地分成若干（也许几百，也许几千或更多）个球面角。当然，由于空间球面角不象一个平面角那样可以任意地进行简单均分，如何来对隐形设备来划分空间球面角取决于设计要求，但是有一点可以肯定，那就是我们并不需要严格的均分，只要大概差不多就可以了，甚至可以象由正五边形和正六边形混合而成的足球表面那样地用不同的球面角来混合划分空间方向。

对空间方向进行均分之后，还需要为不同的方向设置不同的光路，这一点可以通过制作一个由很多（数目为均分出的球面角数目的一半，厚度在微米量级即可）层超薄的彼此之间不透光的导光薄层合在一起组成的外壳来实现。

有了对应着不同空间方向的光路之后，还需要考虑如何把射到隐形设备表面的不同点上的来自同一方向的光线都导引到表壳内的同一光路层中去，然后再延着与原方向平行的方向射出该导光表壳继续向前射去。为了做到这一点，还需要在隐形设备的表面分布密密麻麻的光线接收头，每个头上有可接收来自可以射到该点的不同方向光线的小探头，这些小探头的外端需要具有可以将来自不同方向的光线引导到与该方向相应的光路层中去的功能，内端则需要具有可以将光路层内导过来的光线延着与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设计只能对单一的单色光有效，我猜这是由于不同的单色光的折射率不同而造成的。这个问题可以通过对经过色散后的不同的单色光设计不同的光路来解决，但是那将使问题的空间数学难度大大增加。所以我猜最后的解决办法可能还是象解决表面反射问题那样地求助于材料科学，通过找到对所有的单色光的折射率都基本一样的材料来解决。

我的高层次的遐想也就只能到这一步了。我这里仅根据雅虎的那篇报道，运用大家熟悉的基本常识和逻辑，从哲学的层次来对这个我从小就感到好奇的隐身设备进行一些遐想，反正我不是工程师不需要负设计上的责任，即便不对也只是供大家一笑而已。但是根据我上面的遐想构思出来的隐身衣肯定是硬壳的而不是象大家在哈里波特电影里看到的那种软披布，将来如果遍地都是这种东西也麻烦，万一谁行车走路时没有注意不小心撞了上去岂不痛哉？不过呢，根据我前面的遐想，由于不是所有的打到隐形体表面的光线都能进入表壳光路且从另一侧射出的，而是有一部份被阻住损失掉了的，因此观察者所看到的隐形体部分的光线应该比周围的背景光线暗一些。另外，在隐形体边界上的光线能否完全与周围的光线在方向上严格拟合还是有一定难度的问题。所以，根据我的遐想得出的隐形体是从远处比近处隐形的效果更好，而且是对大物体或小物体的隐形可能比中等物体效果可能更好。