美專家研究稱“隱身”術(shù)可能夢想成真

　　中國古代就有“隱身術(shù)”、“隱形衣”的傳說，而西方科學(xué)是否有這方面的研究呢?一些西方理論數(shù)學(xué)家最近宣布他們的新發(fā)現(xiàn)——闡釋“隱形衣”(invisibility cloak)的一項新型數(shù)學(xué)理論，幫助解釋如何能不被偵測到，能在手電筒的照射下、或手提電話的電波下“隱身”。

　　羅徹斯特大學(xué)(University of Rochester)的數(shù)學(xué)教授艾倫.格林里夫(Allan Greenleaf)與他的合作者推出一項新的數(shù)學(xué)理論，大膽預(yù)測隱形衣中發(fā)生了一些奇怪的事——這對隱形衣的功效有著關(guān)鍵作用。

　　去年十月，杜克大學(xué)(Duke University)電氣工程與計算機系助理教授戴維.史密斯(David R. Smith)領(lǐng)導(dǎo)一個專家小組，他們用一個圓形的遮蔽裝置(circular cloaking device)成功地使微波(microwaves)繞過了銅盤(copper disk)，也就是說，這個銅盤在微波中就像隱形一樣。而2003年格林里夫和同事們已經(jīng)發(fā)展了隱形(invisibility)的數(shù)學(xué)理論。

　　格林里夫說∶這個理論研究可以“提高腫瘤檢測度”，“在一篇論文的最后，我們清楚闡明了腫瘤無法被檢測到的地方所發(fā)生的最壞情況。然后我們又發(fā)表了幾篇文章，來理論闡述這將在什么情況下發(fā)生。當(dāng)時我們沒有進(jìn)一步推想，腫瘤是不是被一些物質(zhì)掩蓋從而難以被發(fā)現(xiàn)。”

　　去年夏天，格林里夫和同事們閱讀了杜克大學(xué)和英國帝國理工學(xué)院(Imperial College)的研究人員在《科學(xué)》期刊上發(fā)表的論文，用幾乎同等的理論數(shù)學(xué)方程式推斷出“隱身”裝置(cloaking device)的理論。當(dāng)格林里夫和同事們了解到他們的發(fā)現(xiàn)同樣可用于“躲避偵測”物體時，他們決定利用早先發(fā)展的數(shù)學(xué)技巧來分析和進(jìn)一步推演“隱身”的數(shù)學(xué)理論。他們知道關(guān)鍵問題是：在遮蔽區(qū)域中到底發(fā)生了什么?

　　史密斯教授的論文解釋了“隱身”裝置如何運作。而作為數(shù)學(xué)家的格林里夫深知要發(fā)展“隱身”技術(shù)，充分了解其基礎(chǔ)數(shù)學(xué)原理是非常重要的。所以去年十月史密斯發(fā)表了另一篇論文，解釋他和工作小組是如何制造一個“隱身”裝置的，論文解釋了解“隱身”裝置基本內(nèi)在構(gòu)造的重要性。

　　格林里夫和合作者使用復(fù)雜的數(shù)學(xué)來推斷在“隱身”的區(qū)域內(nèi)究竟發(fā)生了什么。以前他們在使用赫爾姆霉茲方程(Helmholtz equation，用于解釋光的前進(jìn)))時沒有注意到問題，但這次當(dāng)他們使用麥斯威爾方程式. (. Maxwell's Equations，用于電磁波理論)，問題暴露出來了。

　　麥斯威爾方程認(rèn)為一個簡單的銅盤被“隱身”是毫無問題的，但任何能發(fā)出電磁波的物體-手機、電子表甚至簡單的電器如手電筒——都能使“隱身”裝置嚴(yán)重出錯。數(shù)學(xué)理論推斷：當(dāng)電磁場在“隱身”區(qū)域的表面趨于無限大( infinity)時，可能破壞“隱形”的功效。

　　他們的分析也揭示了另一個秘密：假如一個人試圖從隱形衣中向外看，可能會看到各個方位都像一面鏡子。想象一下哈利.波特的隱形衣以這種方式工作，當(dāng)哈利打開手電筒向外看時，不管他朝向哪里，光線都會反射回到他身上。

　　格林里夫的工作小組斷定在運用麥斯威爾方程時將出現(xiàn)一種更復(fù)雜的現(xiàn)象，導(dǎo)致電磁場“爆炸”(blow up)。他們認(rèn)為插入一層有傳導(dǎo)性的襯里(linings)就能解決這一問題。同時用相同材料仔細(xì)遮蓋住“隱身”區(qū)域的里外表面也能避免出現(xiàn)這一問題。

　　“我們也應(yīng)了解到，以當(dāng)前的技術(shù)來談?wù)摰碾[形，只是在一個狹窄的波長范圍內(nèi)的隱形。”格林里夫說。“例如，一個特定“隱身”裝置只能在紅色波段中隱形;在幾乎其它任何顏色中都無法進(jìn)行隱形。”

　　史密斯的工作小組也在提高“隱身”裝置的技術(shù)。去年十二月六日，史密斯和格林里夫初次會面并談?wù)摿烁窳掷锓虻男滦蛿?shù)學(xué)理論。

　　“艾倫把這一問題看得遠(yuǎn)為廣泛，并推斷出真正的隱形是否可能實現(xiàn)。”史密斯說。

　　“我對他們的成果很感興趣。” 格林里夫的合作者們包括赫爾辛基理工大學(xué)(Helsinki University of Technology)的數(shù)學(xué)教授麥迪.拉塞斯(Matti Lassas)、拉夫堡大學(xué) (Loughborough University)的數(shù)學(xué)教授雅洛斯拉弗-科瑞萊夫(Yaroslav Kurylev)和華盛頓大學(xué)(University of Washington)的數(shù)學(xué)教授剛瑟.尤爾曼 (Gunther Uhlmann)。