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(dòng)的幻影移形,還是可以透視萬(wàn)物的超級(jí)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(huì)是隱身術(shù)。很多人都知道利用顏色的隱身,如動(dòng)物和植物的保護(hù)色,那么還有其他的隱身方法嗎?
在北京舉辦的“bilibili 超級(jí)科學(xué)晚”活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng),中國(guó)科學(xué)院院士褚君浩介紹了多種光學(xué)隱身方法,并現(xiàn)場(chǎng)展示了利用特殊材料制作的隱身衣,引得無(wú)數(shù)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(xiàn)實(shí)生活中真的可以實(shí)現(xiàn)嗎?
今天,我們就通過(guò)北京交通大學(xué)物理科學(xué)與工程學(xué)院副教授陳征博士的3個(gè)小實(shí)驗(yàn),來(lái)一起揭秘“隱身術(shù)”!
消失的紙片
隱身過(guò)程:準(zhǔn)備一塊直徑2 厘米的棕色圓形小紙片和一個(gè)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(shí),透過(guò)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(lái),我們?cè)谒蟹湃氪蟀氡詠?lái)水,重復(fù)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(shí)候再透過(guò)水杯斜著觀察,棕色的圓紙片不見(jiàn)了!杯底看上去只是一片亮亮的底面。
科學(xué)原理:這實(shí)際是一個(gè)全反射現(xiàn)象。因?yàn)槭终浦械男〖埰捅拥字g有一個(gè)小小的空氣層,當(dāng)水杯中盛有水時(shí),水與空氣折射率不同,這個(gè)空氣層導(dǎo)致光發(fā)生了全反射,所以人們就沒(méi)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(diǎn)水,再將盛水的塑料杯放在手中的小紙片上,這時(shí)候再看,就可以看到小紙片了。因?yàn)榧埰c塑料杯底之間的空氣層消失了,全反射現(xiàn)象也就沒(méi)有了。
消失的玻璃管
隱身過(guò)程:準(zhǔn)備一根透明玻璃棒和兩個(gè)透明玻璃杯,一個(gè)盛半杯自來(lái)水,一個(gè)盛半杯甘油。先把玻璃棒插入盛水的杯子中,透過(guò)杯子看,玻璃棒清晰可見(jiàn),好像還有點(diǎn)“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(xué)原理:我們能看到透明的玻璃棒,是因?yàn)楣馔高^(guò)玻璃棒發(fā)生了偏折,背后的景象經(jīng)過(guò)玻璃棒時(shí)發(fā)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(guò)時(shí)依然發(fā)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?yàn)楦视偷恼凵渎适?.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(jīng)過(guò)的時(shí)候就幾乎不發(fā)生折射,因此,我們就很難看到玻璃棒了。
消失的筆
隱身過(guò)程:準(zhǔn)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(zhǔn)備一塊光柵(若干個(gè)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(guò)光柵來(lái)看,紅色的筆消失了!把光柵旋轉(zhuǎn)90 度,再看一次,綠色的筆消失了!
科學(xué)原理:光柵是若干個(gè)類似玻璃棒的柱面透鏡排列在一起組成的光學(xué)器件,光線透過(guò)光柵的時(shí)候就相當(dāng)于透過(guò)若干個(gè)玻璃棒,發(fā)生折射。光柵背后的紅色筆與光柵柱面方向一致,它的像因?yàn)檎凵涠兊梅浅U谌藗兊囊曇爸芯筒蝗菀妆话l(fā)現(xiàn),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(dāng)我們把光柵旋轉(zhuǎn)90 度的時(shí)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(gè)“隱身術(shù)”,你是不是發(fā)現(xiàn)了一個(gè)秘密:隱身實(shí)際上是一場(chǎng)光學(xué)的游戲,是光通過(guò)不同物體時(shí)發(fā)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(dāng)然有!隱身不僅可以出現(xiàn)在我們身邊,在關(guān)系到國(guó)防事業(yè)的大國(guó)重器中,也時(shí)常有隱身的秘密武器。
也許你聽(tīng)說(shuō)過(guò)隱形戰(zhàn)機(jī),它們是如何隱形的呢?實(shí)際上,隱形戰(zhàn)機(jī)的隱形有兩個(gè)方向:一個(gè)是指在敵方探測(cè)系統(tǒng)中隱形,另一個(gè)則是指肉眼隱形。在敵方探測(cè)系統(tǒng)中的隱形主要是減小飛機(jī)的雷達(dá)反射面,從技術(shù)角度講,其主要措施有設(shè)計(jì)合理的飛機(jī)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(duì)飛機(jī)上容易產(chǎn)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(zhàn)機(jī)則是運(yùn)用隱蔽色降低肉眼可視度,從而達(dá)到隱形的目的,很多動(dòng)物和植物都是利用隱蔽色實(shí)現(xiàn)隱形的高手。
隱身術(shù),這個(gè)出現(xiàn)在許多奇幻故事中的詞語(yǔ)讓很多人著迷。從前我們聽(tīng)到隱身術(shù),總能聯(lián)想到高深莫測(cè)的絕世武功或者不可解釋的異域魔法。實(shí)際上,當(dāng)我們深入了解它,就會(huì)發(fā)現(xiàn),無(wú)論是何種方式的隱身,都離不開對(duì)科學(xué)知識(shí)的掌握??茖W(xué)總是能為我們帶來(lái)許多的奇跡和驚喜,這就是科學(xué)的無(wú)限魅力。
(責(zé)任編輯:李睿嫻)