“隱形帽”仍然是隱形的

一系列“隱形斗篷”中最新的一款是出生於羅切斯特大學的（1），它使用了適當的光學系統。 然而，懷疑論者稱其為某種幻覺技巧或特殊效果，其中巧妙的透鏡系統折射光線並欺騙觀察者的視力。

這背後有一些相當高級的數學——科學家需要用它來找到如何設置兩個透鏡，以便光線以這樣的方式折射，從而可以將物體直接隱藏在它們後面。 該解決方案不僅在直視鏡頭時有效 - 15 度或其他角度就足夠了。

1. 來自羅切斯特大學的“隱形帽”。

它可用於汽車中，以消除鏡子或手術室中的盲點，使外科醫生能夠通過雙手進行觀察。 這是一系列關於 隱形技術最近幾年來我們這裡。

2012年，我們已經聽說過美國杜克大學的“隱形帽”。 只有最好奇的讀到它是關於在微波光譜的一個微小片段中一個小圓柱體的不可見性。 一年前，杜克大學的官員報告了聲納隱身技術，這在某些圈子裡似乎很有前景。

不幸的是，它是 隱形 只是從某個角度，在一個狹窄的範圍內，這使得該技術幾乎沒有用處。 2013 年，杜克大學不知疲倦的工程師提出了一種 3D 打印設備，該設備可以用結構中的微孔偽裝放置在內部的物體 (2)。 然而，這再次發生在有限的波浪範圍內，並且僅從某個角度來看。

在互聯網上發布的照片​​中，加拿大公司 Hyperstealth 的斗篷看起來很有前途，它在 2012 年以有趣的名稱 Quantum Stealth (3) 進行了廣告宣傳。 不幸的是，工作原型從未被演示過，也沒有解釋過它是如何工作的。 該公司將安全問題作為原因，並神秘地報告說它正在為軍方准備該產品的秘密版本。

前置顯示器，後置攝像頭

第一個現代隱形帽» 十年前由日本工程師 Prof. 東京大學的Susumu Tachi。 他使用了一個攝像頭，位於一名身穿外套的男子身後，同時也是一個監視器。 來自後置攝像頭的圖像被投射到它上面。 斗篷人是“隱形的”。 BAE Systems (4) 在過去十年推出的 Adaptiv 車輛偽裝裝置使用了類似的技巧。

它會在坦克裝甲上“從後面”顯示紅外圖像。 這種機器在瞄準裝置中根本看不到。 遮蔽物體的想法在 2006 年形成。 倫敦帝國理工學院的 John Pendry、杜克大學的 David Schurig 和 David Smith 在《科學》雜誌上發表了“變換光學”理論，並介紹了它在微波（比可見光更長的波長）的情況下是如何工作的。

2. 一個“隱形帽”，以三維打印。

在適當的超材料的幫助下，電磁波可以彎曲以繞過周圍物體並返回其當前路徑。 表徵介質一般光學反應的參數是折射率，它決定了光在這種介質中的移動速度比真空慢多少倍。 我們將其計算為相對電導率和磁導率乘積的根。

相對電導率； 確定給定物質中的電相互作用力比真空中的相互作用力小多少倍。 因此，它是衡量物質內的電荷對外部電場的反應強度的量度。 大多數物質具有正的介電常數，這意味著物質改變的場仍然與外部場具有相同的含義。

與在具有相同外部磁場源的真空中存在的磁場相比，相對磁導率 m 決定了在充滿給定材料的空間中磁場如何變化。 對於所有天然存在的物質，相對磁導率都是正的。 對於玻璃或水等透明介質，這三個量都是正數。

然後光，從真空或空氣（空氣參數與真空僅略有不同）進入介質，根據折射定律折射，入射角的正弦與折射角的正弦之比為等於該介質的折射率。 該值小於零； m 表示介質內的電子沿與電場或磁場產生的力相反的方向移動。

這正是金屬中發生的情況，其中自由電子氣經歷了自己的振盪。 如果電磁波的頻率不超過電子的這些自然振蕩的頻率，那麼這些振盪會有效地屏蔽波的電場，以至於它們不允許它深入金屬，甚至產生相反方向的場到外場。

結果，這種材料的介電常數為負。 由於無法深入金屬，電磁輻射從金屬表面反射，金屬本身獲得了特有的光澤。 如果兩種類型的介電常數都是負的怎麼辦？ 這個問題是 1967 年由俄羅斯物理學家 Viktor Veselago 提出的。 事實證明，這種介質的折射率為負，光的折射方式與通常的折射定律完全不同。

5. 超材料表面的負折射——可視化

然後電磁波的能量向前傳遞，但電磁波的最大值向與脈衝形狀和傳遞能量相反的方向移動。 自然界中不存在這樣的材料（不存在具有負導磁率的物質）。 只有在上述 2006 年的出版物和隨後幾年創建的許多其他出版物中，才有可能描述並因此構建具有負折射率的人造結構 (5)。

它們被稱為超材料。 希臘語前綴“meta”的意思是“之後”，也就是說，這些是由天然材料製成的結構。 超材料通過構建模擬材料磁性或電氣特性的微型電路來獲得所需的特性。 許多金屬具有負電導率，因此為產生負磁響應的元素留出空間就足夠了。

代替均質金屬，許多以立方網格形式排列的細金屬線連接到絕緣材料板上。 通過改變導線的直徑和它們之間的距離，可以調整結構將具有負電導率的頻率值。 為了在最簡單的情況下獲得負磁導率，該設計由兩個由良導體（例如金、銀或銅）製成的斷環組成，並由一層另一種材料隔開。

這樣的系統被稱為裂環諧振器——英文縮寫為 SRR。 開口環諧振器 (6)。 由於環之間的間隙和距離，它具有一定的電容，就像電容器一樣，並且由於環是由導電材料製成的，因此它也具有一定的電感，即產生電流的能力。

來自電磁波的外部磁場的變化導致電流在環中流動，並且該電流產生磁場。 事實證明，通過適當的設計，系統產生的磁場與外部磁場方向相反。 這導致包含這些元素的材料的負磁導率。 通過設置超材料系統的參數，可以在相當寬的波頻率範圍內獲得負磁響應。

元建築

設計者的夢想是建立一個系統，其中波浪將理想地圍繞物體流動（7）。 2008 年，加州大學伯克利分校的科學家在歷史上首次創造出對可見光和近紅外光具有負折射率的 XNUMXD 材料，將光向與其自然方向相反的方向彎曲。 他們通過將銀與氟化鎂結合創造了一種新的超材料。

然後將其切成由微型針組成的矩陣。 已在 1500 nm（近紅外）波長處觀察到負折射現象。 2010 年初，卡爾斯魯厄理工學院的 Tolga Ergin 和倫敦帝國理工學院的同事創建了 無形的 光幕。 研究人員使用了市場上可用的材料。

他們使用放置在表面上的光子晶體來覆蓋金板上的微觀突起。 因此，超材料是由特殊鏡片製成的。 板上凸塊對面的透鏡的位置使得通過偏轉部分光波，它們消除了凸塊上的光散射。 通過在顯微鏡下觀察該板，使用波長接近可見光的光，科學家們看到了一個平板。

後來，杜克大學和倫敦帝國理工學院的研究人員能夠獲得微波輻射的負反射。 為了獲得這種效果，超材料結構的各個元素必須小於光的波長。 因此，這是一項技術挑戰，需要生產與它們應該折射的光波長相匹配的非常小的超材料結構。

可見光（紫色到紅色）的波長為 380 到 780 納米（一納米是十億分之一米）。 來自蘇格蘭聖安德魯斯大學的納米技術專家前來救援。 他們得到了一層網格極其密集的超材料。 新物理學雜誌的頁面描述了一種能夠彎曲約 620 納米（橙紅色光）波長的 metaflex。

2012 年，德克薩斯大學奧斯汀分校的一組美國研究人員使用微波想出了一個完全不同的技巧。 直徑為 18 cm 的圓柱體塗有負阻抗等離子材料，可以控制特性。 如果它具有與隱藏物體完全相反的光學特性，它就會產生一種“負片”。

因此，兩個波重疊，物體變得不可見。 因此，這種材料可以彎曲幾個不同頻率範圍的波，使它們在物體周圍流動，在物體的另一側會聚，外部觀察者可能不會注意到這一點。 理論概念正在成倍增加。

大約十二個月前，Advanced Optical Materials 發表了一篇關於中佛羅里達大學科學家可能進行的開創性研究的文章。 誰知道他們是否未能克服對“隱形帽子» 由超材料製成。 根據他們公佈的信息，物體在可見光範圍內消失是可能的。

7. 在不可見物體上彎曲光線的理論方法

Debashis Chanda 和他的團隊描述了使用具有三維結構的超材料。 多虧了所謂的，才有可能得到它。 納米轉移印刷（NTP），生產金屬介電膠帶。 可以通過納米工程方法改變折射率。 必須使用電磁共振方法在材料的三維表面結構中控制光傳播路徑。

科學家們對他們的結論非常謹慎，但從他們的技術描述中可以清楚地看出，這種材料的塗層能夠在很大程度上偏轉電磁波。 此外，獲得新材料的方式允許大面積生產，這導致一些人夢想著戰鬥機被這種偽裝覆蓋，從而為他們提供 隱形 完成，從雷達到日光。

使用超材料或光學技術的隱藏裝置不會導致物體的實際消失，而只會導致它們對檢測工具不可見，也​​許很快就會對眼睛不可見。 然而，已經有更激進的想法。 國立台灣清華大學的 Jeng Yi Lee 和 Ray-Kuang Lee 提出了一個量子“隱形帽”的理論概念，它不僅可以從視野中移除物體，而且可以從整個現實中移除物體。

這將與上面討論的類似，但將使用薛定諤方程而不是麥克斯韋方程。 重點是拉伸對象的概率場，使其等於零。 從理論上講，這在微觀尺度上是可能的。 但是，要等待製造這種封面的技術可能性需要很長時間。 像任何“隱形帽“可以說，她確實是在向我們隱瞞一些事情。