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隐形衣的技术与伦理之争
  新华网 ( 2018-01-01 07:01:42 ) 来源: 《环球》杂志
 

  “在隐形衣面世前,还有大量的基础科学问题有待解决,现在就担心它的负面影响还为时过早。”

《环球》杂志实习记者/刘钰颖

《环球》杂志记者/马琼

  加拿大“超级隐形(HyperStealth)”公司近日表示,他们研发的“量子隐形”材料及相关技术已经获重大突破,并得到美国军方和加拿大军方的认可。

  据介绍,“量子隐形”的材料成本很低,除可通过折射周围光线实现“完全隐形”外,还能躲避红外线探测,用以制作隐形衣,可帮助士兵完成高难度作战任务,未来有望应用在下一代隐形战机、潜艇和坦克上。

  这已不是隐形衣概念第一次走进大众视野。早在本世纪初,科学家就启动了相关研究。如今,隐形技术已进入“超材料”阶段,在军用及民用领域均有应用,同时也勾起了人们的好奇——人人都能拥有隐形衣吗?

量子隐形衣问世

  “超级隐形”是一家迷彩设计公司,目前有超过200万件军装在世界各地使用。该公司于2010年前后开始进行量子隐形研究,早在2013年就研制出了初代隐形斗篷,并获得加拿大军方的认可。

  该公司首席执行官基·克雷默表示,量子隐形材料可以在目标周围弯曲光波,使目标完全不可见。这种材料不仅可以在肉眼上达到隐形,还可以躲避红外(夜视)和热感应,并消除目标的95%的阴影。

  基·克雷默在公司网站发表的声明中说,出于“安全考虑”,官网只公布了数字合成的虚拟效果图,向媒体展示“量子隐形”的概念。照片中,一个女子在身上披了一块量子隐形伪装的面料,如果她是在树丛边,就会变成跟树丛一样的颜色,如果是在草地上,也可以与周围融为一体。

  因为没有披露更多细节,隐形材料的效果也遭到质疑。对此,基·克雷默表示,之所以公布概念图,是为了引起美国军方“足够的注意”。现在公司已经向美国军方、加拿大军方展示了这种材料,对方已经知道“量子隐形”材料可以在完全不借助其他技术的情况下实现隐形,甚至可逃过红外望远镜和热力学设备的追踪。

  该公司表示,接下来一年,将对承包商提交的10个原型制服进行测试。这些制服需要能在各种气温和天气下生效,并且不妨碍士兵的正常工作。如果自适应伪装需要电源,其重量不得超过0.45千克,并提供至少8小时的操作。

隐形技术进入“超材料”阶段

  科学家最初认为,光线的传播方向有其规律且无法改变。2000年,美国杜克大学史密斯研究小组研制出一种网格状材料,称它可以改变光的传播路线。2003年,《科学》杂志将其列为当年的10大科学研究突破之一,为隐形衣的研制奠定了基础。

  2006年,英国帝国理工学院的约翰·彭德里教授等在《科学》杂志上发表文章,提出利用坐标变换的方法设计隐形衣——既不反射也不吸收电磁波,而是使电磁波能够绕过被隐身的区域,按照原来的方向传播。这为之后的隐形衣研究提供了理论参照。

  此后,电磁隐形、光学隔离式隐形和散射相消式隐形等相继发展。除了量子材料之外,科学家也关注纳米材料、超材料、元材料、人造玻璃纤维和化纤布等材料在改变电磁波方向中的应用。美国、日本、俄罗斯、英国、以色列等国家都在隐形材料的研究中取得了实质性成果,并且优先运用于军事领域。

  美国国防部长期与杜克大学史密斯小组保持合作。2009年初,《科学》杂志刊登美国杜克大学及中国东南大学的研究成果,史密斯研究小组宣称他们研制出一种二维超材料:将铜环、微丝布放到多层玻璃纤维复合材料上,形成的微结构能够让微波转向,就像水流绕开岩石一样,这是全球首件二维隐形衣。

  目前美国的F-35战斗机和DDG-1000驱逐舰上就运用了部分超材料隐形技术。但这种材料必须对可见光的7种波长都生效才能隐形。虽然深入研究已经取得成果,但还是阶段性的。

  作为当今世界新兴技术之一,超材料成为国际军事竞争中的重头戏,也被列入中国国务院印发的《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》。超材料是具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料,同样是通过让电磁波转弯,达到视觉隐形的目的。

  目前中国的超材料技术已进入应用阶段,在飞机、军舰、导弹和雷达系统等高端装备领域已经逐步应用。2017年9月,科技部官网发布消息称,中国超材料及其相关器件关键技术研发取得新进展,863计划新材料技术领域办公室在北京组织专家对这一主题项目进行了验收。

可军用,也可民用

  彭德里此前预言,在不久的将来,隐身技术一定会运用在军事上。虽然比起使物体消失,隐形衣更像是一种伪装,隐形衣的穿戴者在某些波长上将是有效透明的,会成为彩色的影子,但这对于军事目的而言的确是隐形的。与花纹颜色众多、无法躲避夜视仪的迷彩相比,隐形衣显然更具竞争力。

  “超级隐形”在公司网站上描述了隐形衣的军事用途:可以掩护迫降等待救援的飞行员,“除非敌军碰巧被他身体绊倒”;可以掩护侦察机躲避间谍卫星或监视气球;可以在登陆作战中掩护军队登上海滩;还能伪装潜艇的潜望镜和坦克……

  此前,美军曾将3辆斯特莱克装甲车送往阿富汗战场,装甲车披着由先进传感器和显示板组成的隐形衣。虽然装甲车能够像变色龙一样根据周围环境改变颜色,但是美国陆军并不是十分满意,因为当时的隐形衣太过笨重,而且一旦遭受打击便会失灵。

  利用材料的特殊晶格结构改变物体本身的折射率,让电磁波(可见光、微波与红外线)改变方向,并不是科学家唯一研究的隐身方法。

  例如隐形飞机,利用雷达吸波材料吸收电磁波,让反射回去的电磁波达到最小或等于零,从而让雷达无法感知,就是另一种“隐身术”。但是这种技术主要针对波长较短的微波,还没有扩展到可见光领域。

  史密斯小组也表示,科研人员可以研发民用的隐形材料,将炼油厂、化工厂等有碍观瞻的工厂覆盖隐身材料,保证城市整体景观和谐。改变折射方向的特性甚至可以应用于调整地震波方向、阻止放射性物质泄漏的研究。

  美国“国家纳米科学研究中心”主任、华人科学家张翔曾表示,其实隐形材料还有更加重要和深远的用途——负折射透镜。

  自然界中光线遵循折射定律,总是沿正折射角方向折射。但是隐形材料将会使光线沿负折射角方向折射,形成负折射。张翔团队设计了银铝氧化物亚波长结构,在世界上第一次成功制造出具有光学负折射系数的三维材料,负折射材料制成的透镜可以突破以自然材料制成透镜的衍射极限,将最低值由200至300纳米降至30纳米。

  以负折射率的材料覆盖在物体表面,可在纳米尺度上让被物体阻挡的可见光和近红外光弯曲,令观察者产生被阻挡物体不存在的错觉,实现“视觉隐形”。比如,将一小块这样的材料贴在肚腩上,小腹就能直接“变”平坦了。

  该发明被美国《时代》杂志列入2008年10大科学发现及50个年度最佳发明。因为负折射材料并不仅仅能让肚腩“消失”,在高新技术领域,芯片等高精密器件的大小直接影响着科研能否有重大突破,而这些器件的制造都离不开透镜光刻技术。

  负折射透镜能让研发人员在极小的尺度上工作,制造出更小的电路,让芯片的存储能力、集成能力大幅提升,从而产生性能更高的计算机、存储量更大的硬盘。在生物学领域,科学家则有望对活细胞的内部一探究竟,这对研究病毒入侵细胞的机制、新药筛选等都会产生重大影响。

担心负面影响为时过早

  哈利·波特隐形斗篷上的魔法是古老的,而隐形衣无论在理论上还是在技术和材料应用上,对人类而言都是全新的领域,在道德和伦理上,更是提出了全新的考验。

  英国小说家赫伯特·乔治·威尔斯早在1897年发表的科幻小说《隐形人》中,就有关于科技发展对人类社会造成的负面影响的思考。小说讲述了一名天才科学家在发明了隐身药水之后,不断迷失自我,最终自我毁灭的故事。

  现在隐形技术已获得质的突破,其未来应用领域和前景非常广阔,但是否会被滥用也成为不少人担忧的重点。隐形衣一旦普及,任何一个人都能轻而易举地把自己藏起来,“摆脱拘束,四处游荡”。隐形衣是否会使犯罪份子更加难以抓获?反隐身技术能否跟上隐身技术发展的脚步?人类会和小说《隐形人》中那名天才科学家一样,丧失辨别是非的能力吗?

  美国犯罪纪实小说作家安妮·戴维斯说:“现在,我们总是提醒单身女性把车停在光线明亮的地方,上车前先看看周围有无可疑人物。但如果隐形衣真的面世,这些措施会变得毫无用处。就算抢劫犯或强奸犯站在你身边,你也不知道。”

  针对这些担心,史密斯小组负责人史密斯教授指出,“在隐形衣面世前,还有大量的基础科学问题待解决,现在就担心它的负面影响还为时过早。”

  有分析指出,现在的隐形衣可以弯曲光线,但想要在瞬息万变的现实社会达到完美隐形,还有很长的路要走。

  德国卡尔斯鲁厄理工学院的应用物理系终身教授马丁·韦格纳说,“对于所有可见的颜色,宏观物体的完全隐形是根本不可能的。”现阶段,绝大多数隐形衣都只能在实验室中以特定的波长或从某个角度来工作。

来源:2017年12月27日出版的《环球》杂志 第26期

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