任何能接触到绿幕的人都可以伪造隐形斗篷,所以当有关一种能使物体隐形的奇迹装置的新闻流传开来时,感到怀疑是很自然的。
现在,《哈利·波特》的粉丝们可能真的有理由欢欣鼓舞了,尽管新闻中最新的“隐形斗篷”并非魔法,也不能真正使人隐形。它叫做 Quantum Stealth,来自加拿大的军事迷彩公司 Hyperstealth Biotechnology Corp 及其首席执行官 Guy Cramer。在 近十年 模糊地暗示其在隐形方面取得的进展,但除了计算机生成的 模拟照片 外,拒绝透露任何信息之后,Cramer 在八月份发布了一个时长一小时的演示视频,以标志其 Quantum Stealth 技术正式问世。
在一段戏剧性的、星战风格的滚动字幕宣布“隐形时代已经开始”之后,Cramer 的 视频 以一张看起来像是放在空墙前的透明塑料片开始。但随后出现了一个微妙的阴影变化,片刻之后,Cramer 从屏幕后面走了出来。当他走到那块塑料的另一侧时,他几乎完全看不见了,他来回踱步。
在一次电话采访中,Cramer 表示,人们要么被震撼了——要么就认为他在作假。他把这种怀疑视为一种赞美。“如果你觉得我做得好到让你认为我在作假,那么我就算是完成了我的工作,”他说。
需要明确的是,Cramer 的 Quantum Stealth 斗篷在科学上并没有真正的“量子”成分。这个词通常指原子结构,是在单个光子或量子点的层面。这种新斗篷背后的真正力量并非量子——而是经典物理学。
“它经典到足以追溯到伽利略,”密歇根大学物理学家 Duncan Steel 在一封发给《大众科学》的电子邮件中评论道。
这款隐形斗篷的关键是什么?透镜。具体来说,是柱状透镜。
如果你在 90 年代末或 2000 年代初上过中学,你可能对 柱状透镜 并不陌生。还记得那些全息贴纸、海报和迷幻的 3D 笔记本封面吗?它们上面覆盖着脊状纹理,而这些纹理实际上是一系列 长而凸的透镜,彼此平行排列。那些贴纸和海报上的立体图像实际上是多个图像被分成薄片,然后交错排列在一起。这些放大功能的柱状透镜允许你从不同角度观看这些切片。从左边和右边看,你可以看到每个图像的完整画面,但当你转动贴纸时,两个(或更多)图像会模糊在一起,产生幻觉——这就是为什么那些贴纸能让你看起来像一个孩子变成了一个怪物,或者一匹马正在河中奔跑。
Cramer 意识到的是,一张清晰的柱状透镜片可以弯曲全可见光谱(它还可以弯曲近红外、近紫外和热谱)。据 Cramer 称,物理学家们怀疑这种可能性。“物理学家们说,‘嗯,我们知道我们可以弯曲一种特定频率的光。但你绝对不能同时弯曲两种频率,即使一种是红色一种是蓝色。更不用说整个可见光谱了’,”他说。
这张动图(最近在 Twitter 上广泛传播)显示了通过柱状透镜观察到的彩色铅笔堆叠网格。当透镜垂直放置时,所有的垂直铅笔都会模糊到看不见的程度。水平旋转它,其他铅笔就会消失,而垂直铅笔则会重新清晰聚焦。这看起来像魔术,但它只是科学。塑料透镜在光线穿过时会折射光线。光线不再沿直线传播,而是被减速并在不同角度重新分散,从而产生光线不再通过的点(Cramer 称之为“死区”)。如果一个人或一个垂直物体站在垂直透镜的死区中,光线就不会照射到他们身上——他们基本上就变得隐形了。
请注意,Cramer 非常策略性地在他的 Quantum Stealth 斗篷演示中利用了墙壁上的模塑线或黑色窗台等强烈的水平线条。这是因为这些水平线条不会像垂直透镜那样受到折射的明显遮挡或扭曲。
实际上,屏幕后面出现的面板和窗台是来自屏幕左右两侧图像在中间被挤压在一起的组合,Raytheon 的光学工程师 Joseph Choi 解释道。Cramer 在他的视频中通过向柱状材料照射激光来演示这一点。激光进入并被透镜分散,然后撞击屏幕后面的物体时会分裂。从屏幕正面看,柱状透镜会扭曲和放大这种光线的 बँ裂,将图像拉伸到物体两侧并将它们挤压在一起。
Quantum Stealth 斗篷的第一个版本非常简单:只有一大张垂直排列的透镜。虽然 Cramer 在屏幕后面基本上消失了,但隐形效果模糊且略有失真。
第二版 改进了第一版——Cramer 在第一张柱状材料的背面又增加了一层。这产生了更清晰的图像,尤其是在人或物体距离大约 12 英尺时。自那以后,Cramer 已经迭代了至少十几种 Quantum Cloak 的版本。对于最新的版本,第 13 版,Cramer 将两张互相轻微偏移的背对背的材料组合在一起,产生了干扰图案的光,几乎完全遮蔽了目标。所以,如果一个人或一个士兵站在 Quantum Stealth 屏幕后面,或者将其作为防暴盾牌拿在手中,从一定距离看,这名士兵就会消失。
在第一版以及后续版本中实际发生的是,屏幕两侧的背景图像,即人身后的左右两侧的图像,在中部挤压并模糊在一起,从而遮挡了人。
此外,还有许多合法的、非骗局的隐形斗篷和相关技术的尝试。军事技术领域 对能够主动适应背景的迷彩技术非常感兴趣。2006 年,包括 John Pendry 爵士在内的一组科学家开发了一种原型隐形斗篷,它能够 操纵电磁频谱,使用具有自然界不存在的光线弯曲特性的合成材料。这启发了其他研究项目,试图创造自己的“超材料”来弯曲其他波长的光。
而且我们过去也曾受骗。2010 年,英国小报报道了一项夸大的说法,称其政府已使一辆坦克隐形(那只是一种新型“光漫射迷彩”)。在伊拉克战争期间,一张 质量极低 的视频捕捉到一名士兵模糊地冲向一辆坦克,被误认为是隐形技术。2017 年,中国的“隐形量子”斗篷病毒式传播,后来却被揭露是一个绿幕骗局。
作为一名研究生,Raytheon 的 Choi 曾在一个开发“罗切斯特斗篷”的团队工作,该装置通过四个小透镜和一个光源来弯曲物体周围的光——它成功地转移了所有可见光波长,但只适用于非常小的区域,而且无法规模化用于实际应用。
Choi 认为,从纯科学意义上讲,Quantum Cloak 并非真正的“斗篷”。“当我们定义隐形时,通常在科学界,它意味着光通过介质后,其输出与未存在该物体时完全相同,”他争辩道。“这实际上非常困难。”
他表示,“理想的斗篷”会生成一个可以从所有角度观看的图像,而不会出现与实际物体相比的任何偏移、失真或变化。
在 Choi 看来,Quantum Stealth 更像是一种巧妙的、实时的 Photoshop 滤镜——它会全力使用模糊和液化工具。“基本上,这是在模糊你。你并没有完全消失——你只是被模糊了,”他说。
“不会存在一种完美的斗篷,能够适用于所有时间、所有地点、所有波长,”Choi 补充道。“但如果你能让它隐藏很多波长,那么它就变得实用了。”
Cramer 的技术主要目标在于其军事应用。他认为,在战场上,他的发明可以有效地掩盖目标,并在一定程度上掩盖其运动。Cramer 说,如果斗篷无法隐藏某物,至少也能扭曲图像,使其不再是清晰可辨的目标。其潜在成功的关键在于设计的简单性。Quantum Stealth 斗篷不需要任何电源,轻便且薄,易于使用。“你只把它交给士兵,然后说‘朝这个方向拿住’,他们只需要知道这些,”Cramer 说。